BR0212480B1 - Transformador de medição, unidade de controle, inversor, e, instalação de energia eólica - Google Patents

Description

“TRANSFORMADOR DE MEDIÇÃO, UNIDADE DE CONTROLE, INVERSOR, E, INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA” A invenção diz respeito a um transformador de medição para a comparação de uma corrente que flui através de um condutor com uma corrente de referência, compreendendo um circuito magnético formado por um núcleo toroidal, com um condutor através do qual a corrente flui e que é envolto pelo núcleo toroidal, um enrolamento secundário disposto sobre o núcleo toroidal e um elemento de medição de campo magnético que é disposto numa fenda do núcleo toroidal e que é sensível ao campo magnético na fenda. A invenção diz ainda respeito a uma unidade de controle para controle ou regulagem de uma corrente que flui através de um condutor, um inversor, em particular para uma instalação de energia eólica, bem como uma instalação de energia eólica tendo um inversor desse tipo.

Um transformador de medição da espécie mencionada aqui na parte inicial é conhecido da EP 0 194 225. Neste transformador de medição, o sinal de saída amplificado de um elemento Hall, que serve como elemento de medição de fluxo magnético, alimenta o enrolamento secundário. Seu sentido de enrolamento é selecionado de tal forma que o campo magnético produzido seja dirigido em sentido oposto ao campo magnético que envolve o condutor, através do qual a corrente flui. No caso em questão, o enrolamento secundário é alimentado pelo amplificador de tal forma que ele tente tomar igual a zero o campo magnético produzido pelo condutor. A corrente através do enrolamento secundário é usada como uma medida para a corrente que flui no condutor, ou seja, o sinal de saída do enrolamento secundário proporciona o valor absoluto do fluxo de corrente instantâneo.

Outro transformador de medição da espécie mencionada aqui na parte inicial é conhecido da indústria eletrônica elektronik industrie 8-2001, páginas 49 e 51. Também no referido transformador de medição, uma bobina é novamente enrolada em tomo do núcleo toroidal, e a corrente que flui através do condutor induz novamente uma corrente na bobina. Esta corrente induzida é superposta com um eventual desvio detectado pelo elemento Hall, e, assim, propicia novamente um valor absoluto como uma medida para a corrente que flui no condutor. Será notado, entretanto, que também com este transformador de medição, o componente principal da corrente induzida mais uma vez fluirá através do enrolamento secundário A combinação daquele elemento Hall e do amplificador detecta a respectiva parcela da corrente que flui no condutor e a qual o enrolamento secundário sobre o núcleo toroidal não pode detectar.

Um transformador de medição da espécie mencionada aqui na parte inicial é também conhecido ainda da EP 0 580 473, EP 0 157 054 revela um comutador de proteção de corrente de falha onde duas voltas são dispostas em um núcleo toroidal. Um comparador é provido para comparar a tensão de saída de um elemento Hall disposto num espaço intermediário daquele núcleo toroidal com uma tensão de referência. O comutador é então controlado por meio da tensão de saída proveniente do comparador.

Artigo A Digital Current Sensor for PWM inverte rs’ em nome de Ogasawara et ai, Proceedings ofthe índust/y Applications Society Anmial Meetmg, Houston, 4 de Outubro de 1992, Nova York. EUA. Vol. 1, páginas 949-955, na Figura 2, divulga um transformador de medição adicional para as correntes analógicas, que correspondem aproximadamente ao transformador de medição conhecido da EP 0 194 225, No caso daqueles transformadores de medição já conhecidos, o respectivo sinal de saída é submetido a processamento adicional de qualquer maneira, pois de proporciona o valor absoluto do fluxo de corrente instantâneo através do condutor. Por meio de um comparador pós-conectado, tal valor pode ser comparado, por exemplo, com um valor de referência ou valor alvo, a fim de derivar a partir do mesmo, sinais de controle, por exemplo, para um inversor, cuja corrente é fornecida através do condutor supramencionado. Visto que esta corrente pode ser facilmente de algumas centenas de Ampéres - valores de pico instantâneos atingem perfeitamente cerca de 750 Ampéres um número correspondentemente elevado de voltas tem de ser atingido com o enrolamento secundário. Neste caso, quanto menor for tal corrente que flui através daquele enrolamento secundário, maior será o número de voltas correspondentemente.

Isso, contudo, é também a séria desvantagem das estruturas já conhecidas. Uma indutância também sempre forma uma constante de tempo e limita, assim, os possíveis jeitos de seguir rapidamente flutuações na corrente que flui no condutor. Uma outra circunstância agravante é que a indutância do enrolamento secundário propriamente dito, em virtude de seu comportamento indutivo típico, toma impossível as rápidas mudanças de sinais.

Logo, o objetivo da presente invenção é o de proporcionar um transformador de medição que seja aperfeiçoado com relação às desvantagens indicadas acima e com o qual, em particular, mesmo desvios de alta frequência a partir de um valor de referência possam ser seguramente detectados, e o qual possa ser utilizado, em especial, em relação a um inversor para uma instalação de energia eólica.

De acordo com a invenção, esse objetivo é alcançado pelo fato de que está prevista uma unidade de ajuste de referência para atuar naquele enrolamento secundário com uma corrente de referência que ajusta a corrente que deve fluir no condutor, através do qual a corrente flui.

Diferentemente da situação com aquelas estmturas conhecidas, o enrolamento secundário não é conectado à saída do elemento de medição de fluxo magnético ou a um amplificador conectado à mesma. Em vez disto, uma corrente de referência é alimentada. Segundo a invenção, a saída do elemento de medição de fluxo magnético, ou de um amplificador conectado à ela, numa forma de realização preferencial, é disponível como a saída de sinal. No caso ideal, a corrente fluindo no condutor corresponde à corrente de referência que é alimentada no enrolamento secundário, tal que o fluxo magnético resultante no núcleo toroidal e o sinal na saída do elemento de medição de fluxo magnético sejam iguais a zero.

Se a corrente no condutor se desvia do valor de referência, isso resulta em um fluxo magnético resultante no núcleo toroidal bem como em um correspondente sinal na saída do elemento de medição de fluxo magnético. Tal sinal é uma medida para o desvio da corrente no condutor a partir do valor de referência da corrente, que flui através do enrolamento secundário. Já que não existe indutância na derivação de saída entre o elemento de medição de fluxo magnético e a saída de sinal, mesmo desvios de alta frequência a partir do valor de referência da corrente podem ser seguramente detectados, eventualmente, amplificados, e providos na saída. Por conseguinte, é também possível derivar rapidamente sinais de controle ou regulagem correspondentes para um inversor, por exemplo, de uma instalação de energia eólica, a partir do sinal de saída, a fim de aproximar o valor real (efetivo) até o valor de referência da corrente tão rapidamente quanto possível e da melhor maneira possível.

Configurações vantajosas de dito transformador de medição de acordo com essa invenção são apresentadas nas reivindicações subordinadas.

Preferencialmente, um elemento Hall é usado como o elemento de medição de fluxo magnético. Além disto, o sinal de saída do elemento de medição de fluxo magnético é preferencialmente amplificado por um amplificador, antes de ser colocado à disposição na saída de sinal.

Para se obter o valor absoluto da corrente que flui no condutor, a corrente de referência pode ser superposta com o sinal de saída do elemento de medição de fluxo magnético, ou do amplificador pós-conectado, o que é de preferência efetuado numa etapa conectada subsequentemente à saída de sinal. A invenção diz ainda respeito a uma unidade de controle para o controle ou a regulagem de uma corrente que flui através de um condutor, com um transformador de medição de acordo com a invenção para a medição da corrente que flui através do condutor. De preferência, o transformador de medição de acordo com a invenção é utilizado em relação a um inversor para uma instalação de energia eólica para a medição da corrente de saída daquele inversor. Por conseguinte, a invenção também diz respeito uma instalação de energia eólica. A invenção será explicada mais detalhadamente a seguir com referência aos desenhos, nos quais: Figura I é uma representação esquemãtica de um transformador de medição conhecido; e Figura 2 é uma representação esquemãtica de um transformador de medição de acordo com a invenção.

Figura 1 é uma representação simplificada exibindo o princípio utilizado em relação ao transformador de medição conhecido da EP 0 194 225.

Neste transformador de medição, está inicialmente previsto um núcleo toroidal 10 feito de material ferromagnético, através do qual se estende um condutor 16 pelo qual flui a corrente a ser medida. Um elemento Hall 12 está disposto no entreferro 11 do núcleo toroidal 10. O campo magnético produzido pelo fluxo de corrente em torno do condutor 16 resulta em um fluxo magnético no núcleo toroidal 10, e, com isto, também através do elemento Hall 12, O sinal de saída do elemento Hall 12 é alimentado a um amplificador 14, cuja saída é conectada a um enrolamento secundário 18 que é enrolado ao redor do núcleo toroidal 10.

Se agora uma corrente fluir através do enrolamento secundário 18, a mesma também forma um campo magnético. A este respeito, o sentido de enrolamento do enrolamento secundário 18 é selecionado de tal maneira que o campo magnético correspondente seja dirigido no sentido contrário ao campo magnético que envolve o dito condutor 16, Disto resulta que ambos os campos magnéticos se cancelam e que, portanto, no núcleo toroidal 10 não mais ocorre um fluxo magnético, e, por conseguinte, o elemento Hall 12 não mais gera um sinal quando ambos os campos magnéticos têm a mesma magnitude. Uma vez que o enrolamento secundário 18 já é conhecido, a corrente que flui representa uma medida para o campo magnético produzido pelo condutor 16 e, com isto. uma medida para a corrente que flui no condutor 16. Assim, um sinal pode ser detectado na saída 20 do enrolamento secundário 18, o que é uma medida para a corrente que flui no condutor 16.

Esse sinal de saída na saída 20 pode passar por processamento adicional de qualquer maneira desejada, pois ele proporciona o valor absoluto do fluxo de corrente instantâneo. Por meio de um comparador pós-conectado (não mostrado), tal valor pode ser comparado, por exemplo, com um valor de referência, a fim de derivar a partir do mesmo, por exemplo, sinais de controle para um inversor, cuja corrente é fornecida por intermédio do condutor 16. Já que uma corrente como esta pode facilmente ser de algumas centenas de Ampéres, é necessário alcançar um número correspondentemente elevado de voltas com aquele enrolamento secundário 18. Neste caso, quanto menor for a corrente que flui através do enrolamento secundário 18, maior terá de ser o correspondente número de voltas. Esta é também a séria desvantagem dessa estrutura, pois uma indutância também sempre forma uma constante de tempo e limita, assim, as possíveis formas de seguir rapidamente as flutuações de alta frequência na corrente que flui no condutor 16. Uma outra circunstância agravante é que a indutância do enrolamento secundário 18 propriamente dito, em virtude do seu comportamento típico indutivo, toma impossível as rápidas mudanças de sinais.

Uma concretização de um transformador de medição de acordo com essa invenção está esquematicamente ilustrada na Figura 2. Esta apresenta novamente um núcleo toroidal 10 compreendendo um material ferromagnético com um entreferro 11, no qual está disposto um elemento de medição de fluxo magnético 12, por exemplo, uma vez mais um elemento Hall 12. Ao elemento Hall 12 é pós-conectado um amplificador 14 para a amplificação do sinal de saída elétrico do elemento Hall 12. Como em um transformador de medição já conhecido, um condutor 16 se estende através do núcleo toroidal 10, através do qual a corrente a ser medida flui.

Diferentemente daquele transformador de medição conhecido, o enrolamento secundário 18 não é conectado à saída do amplificador 14. Em vez disto, tal enrolamento secundário 18 apresenta uma conexão de entrada 22 e é conectado com sua outra extremidade ao terra. A saída do amplificador 14 está disponível como uma saída de sinal 24.

Assim, enquanto que no transformador de medição conhecido, o enrolamento secundário 18 é sempre suprido com uma corrente que procura compensar o campo magnético do condutor 16 e, com isto, forma uma medida para a corrente que flui no condutor 16, de acordo com a invenção, o referido enrolamento secundário 18 é influenciado por uma pré-determinada corrente de referência. Esta é aplicada por uma unidade de ajuste de referência 26 na conexão de entrada 22. No caso ideal, tal corrente que flui no dito condutor 16 corresponde àquela corrente de referência, tal que o fluxo magnético resultante no núcleo toroidal 10 seja igual a zero - o sinal do elemento Hall 12 seja igual a zero - e, com isto, também não existe nenhum sinal na saída 24.

Se a corrente no condutor 16 se desvia do valor de referência, ocorre não só um fluxo magnético resultante no núcleo toroidal 10, bem como um sinal correspondente do elemento Hall 12, o qual é conduzido amplificado para a saída 24 através do amplificador 14. Esse sinal de saída é uma medida para o desvio da corrente no condutor 16 a partir do valor de referência da corrente, que flui através do enrolamento secundário 18.

No emprego do transformador de medição de acordo com essa invenção para a medição da corrente de saída de um inversor, por conseguinte da corrente que flui através do condutor 16, a corrente de referência tem uma frequência de 50 Hz. Isso resulta numa mudança bastante lenta da corrente no enrolamento secundário 18. Com respeito a isto, por conseguinte, a indutância do enrolamento secundário 18 desempenha um papel secundário.

Será observado que flutuações da corrente no dito condutor 16 podem certamente ser de alta frequência, em virtude das influências externas, tais como reações de rede. Visto que de acordo com a invenção, todavia, não há indutância na derivação que consiste do elemento Hall 12, do amplificador 14 e da saída 24, mesmo desvios de alta frequência a partir da corrente de referência podem ser seguramente detectados, amplificados e fornecidos na saída 24. Por conseguinte, também é possível derivar os sinais de controle ou de regulagem correspondentes rapidamente para um inversor (não mostrado) a partir do dito sinal na saída 24 por meio de uma unidade de controle 28, a fim de aproximar o valor real (efetivo) até o valor de referência tão rapidamente como possível.

Diferentemente daquela situação com a estrutura já conhecida, na qual ao transformador de medição, deve ser pós-conectado um comparador para permitir uma comparação de referência-real, tal comparação na estrutura de acordo com a invenção já é implementada no transformador de medição. O núcleo toroidal 10 pode ser visto aqui junto com o elemento Hall 12 como um comparador, pois o elemento Hall 12 somente fornece um sinal de diferença entre os valores de referência e real.

Notar-se-á que é prontamente possível para o sinal de diferença na saída 24 do circuito, segundo a invenção, ou ser submetido a processamento adicional na forma de um sinal analógico, ou, por exemplo, convertido através de um circuito trigger Schmitt em sinais de controle digitais para o inversor.

Uma medida para o valor absoluto da corrente que flui naquele condutor é obtida com o transformador de medição de acordo com a invenção se o sinal de referência é superposto com o sinal de saída do amplificador 14.

Tal sinal superposto, todavia, não é alimentado ao enrolamento secundário 18.

Essa superposição será preferencialmente efetuada por meio da soma em uma etapa de pós-conexão do amplificador 14. O transformador de medição, de acordo com esta invenção, é de preferência usado numa instalação de energia eólica para a medição da corrente de saída do inversor, sendo que, preferencialmente, um transformador separado de medição é utilizado para cada fase do inversor.

Claims (9)

1. Transformador de medição para comparar uma corrente que flui através de um condutor (16) com uma corrente de referência, o qual inclui um circuito magnético formado por um núcleo toroidal (10), um condutor (16) através do qual flui a dita corrente e que é envolto pelo núcleo toroidal (10), um enrolamento secundário (18) disposto sobre aquele núcleo toroidal (10), e um elemento de medição de fluxo magnético (12) que é disposto em uma fenda do dito núcleo toroidal (10) e que é sensível ao campo magnético na fenda, sendo caracterizado pelo fato de que está prevista uma unidade de ajuste de referência (26) para atuar no enrolamento secundário (18) com uma corrente de referência predefínida que ajusta a dita corrente que deve fluir no condutor (16) através do qual a corrente flui, e em que o elemento de medição de fluxo magnético (12) é adaptado para fornecer um sinal de diferença representativo da diferença entre a corrente de referência e a corrente que flui através do condutor (16),

2. Transformador de medição, de acordo com a reivindicação l, caracterizado pelo fato de que o elemento de medição de fluxo magnético (12) é um elemento Hall.

3. Transformador de medição, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que à saída do elemento de medição de fluxo magnético (12) é pós-conectado um amplificador (14) para a amplificação do sinal de saída elétrico do elemento de medição de fluxo magnético (12).

4. Transformador de medição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1,2 ou 3, caracterizado pelo fato de estar prevista uma unidade de controle ou regulagem (28) para o controle ou a regulagem da corrente que flui através do condutor (16), de tal maneira que a corrente que flui através do condutor (16) se aproxime da corrente de referência.

5. Transformador de medição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1,2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que, para formar o valor absoluto da corrente a ser medida, ao elemento de medição de fluxo magnético (12) são pós-conectados meios para a superposição da corrente de referência com o sinal de saída do elemento de medição de fluxo magnético (12).

6. Unidade de controle, para o controle ou a regulagem de uma corrente que flui através de um condutor (16), sendo caracterizada pelo fato de que compreende o transformador de medição como definido em qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5 para a medição da corrente que flui através do condutor (16).

7. Inversor, em particular para uma instalação de energia eólica, sendo caracterizado pelo fato de que compreende a unidade de controle como definida na reivindicação 6 para o controle da corrente de saída do inversor.

8. Inversor, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a unidade de ajuste de referência (26) é uma parte integrante do dito inversor.

9. Instalação de energia eólica, sendo caracterizada pelo fato de que compreende o inversor como definido na reivindicação 7 ou 8.