BR102015024967B1 - Conversor de módulo paralelo, e, método para equilibrar saídas entre uma pluralidade de módulos de conversor modular paralelo - Google Patents

Conversor de módulo paralelo, e, método para equilibrar saídas entre uma pluralidade de módulos de conversor modular paralelo Download PDF

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Abstract

CONVERSOR DE MÓDULO PARALELO, E, MÉTODO PARA EQUILIBRAR SAÍDAS ENTRE UMA PLURALIDADE DE MÓDULOS DE CONVERSOR MODULAR PARALELO.Um sistema e método para prover energia para um veículo com corrente em circulação e desequilí­brio de fase para fase descrito. O sistema pode incluir uma pluralidade de módulos de conversor de módulo paralelo para priorizar e alocar cada carga elétrica para um ou mais módulos de conversor de módulo paralelo. O sistema também pode compreender um equilibrador de carga para assegurar que diferenças nas propriedades (por exemplo, impedância) dos módulos de conversor modular paralelo não criem correntes em circulação ou desequilí­brios de fase para fase. O equilibrador de carga pode monitorar as saí­das para a pluralidade de módulos de conversor modular paralelo e modificar as entradas para equalizar, sincronizar, ou ambos, as saídas.

Description

FUNDAMENTOS
[001] Modalidades da presente descrição em geral se referem ao gerenciamento de energia e especificamente a um sistema e método para controlar desequilíbrios de fase para fase e reduzir a corrente em circulação em um sistema de conversor modular paralelo.
[002] Veículos modernos usam um grande número de equipamentos eletrônicos, motores, aquecedores, e outro equipamento acionado de maneira elétrica. Motores elétricos, em particular, são ubíquos em veículos modernos, incluindo aeronave, e energizam tudo desde bombas hidráulicas até ventiladores de cabine. Convencionalmente, cada um destes motores elétricos foi acionado por um controlador de motor independente. Cada controlador de motor é dimensionado para ser capaz de realizar a quantidade máxima de corrente necessária para energizar o seu respectivo motor em energia completa por um período de tempo estendido (e em geral, inclui alguma capacidade adicional de segurança) sem superaquecer ou ter um mau funcionamento.
[003] Como um resultado, cada aeronave transporta um número excessivo de controladores de motor, cada um dos quais é superdimensionado e subutilizado uma maioria do tempo. Em outras palavras, o controlador de motor inclui capacidade suficiente para rodar o motor em energia completa por um período de tempo estendido mais uma margem de segurança, mas motores são raramente, se é que são, rodados em capacidade completa. Isto ocorre, pois, os motores em si possuem alguma margem de segurança embutida e como em uma maioria do tempo os motores estão operando em um regime de demanda inferior (por exemplo, o ventilador da cabine nem sempre está em “Alto”). Em adição, alguns motores são usados apenas ocasionalmente, ou durante segmentos de voo específicos, e não são usados o restante do tempo. Como um resultado, muitos de um complemento de aeronave de controladores de motor caros e pesados gastam uma maioria da sua vida de serviço tanto inativos quanto significativamente abaixo das suas saídas de energia classificadas.
[004] O que é necessário, portanto, é uma arquitetura de sistema que permite o uso de múltiplos controladores de motor paralelos reconfiguráveis de maneira dinâmica, modulares, designáveis que podem trabalhar sozinhos ou em paralelo com outros controladores de motor paralelos para satisfazer necessidades de controle de energia. O sistema deve permitir que um ou mais controladores paralelos sejam designados para cada carga elétrica ativa na aeronave, como for necessário, para satisfazer demandas de energia existentes. O sistema deve permitir o uso de tais controladores paralelos, enquanto minimiza desequilíbrios de fase para fase e reduz corrente em circulação. É para tal sistema que as modalidades da presente descrição são primariamente direcionadas.
SUMÁRIO
[005] Deve ser percebido que este Sumário é provido para introduzir uma seleção de conceitos de uma forma simplificada que são adicionalmente descritos abaixo na Descrição Detalhada. Este Sumário não está intencionado de ser usado para limitar o escopo do assunto reivindicado.
[006] Modalidades da presente descrição se referem a sistemas e métodos relacionados a um sistema de conversão de energia e distribuição de energia modular para cargas elétricas. O sistema pode incluir uma pluralidade de módulos de conversor modular paralelo (“módulos”) ligado para formar um conversor modular paralelo (“conversor”). O sistema e método podem operar múltiplos modos simultaneamente e em paralelo, enquanto mantêm saída substancialmente igual de cada módulo.
[007] As funcionalidades, funções, e vantagens que foram discutidas podem ser alcançadas de maneira independente em várias modalidades da presente descrição ou podem ser combinadas em mais outras modalidades, detalhes adicionais dos quais podem ser observados com referência aos seguintes desenhos e a descrição.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[008] A Fig. 1 é uma esquemática elétrica que representa um módulo de conversor modular paralelo (“módulo”) para o uso em um conversor modular paralelo em uma aplicação de entrada de CC de alta tensão, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[009] A Fig. 2 é uma esquemática elétrica que representa um módulo para o uso em um conversor modular paralelo em uma aplicação de entrada de CA, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0010] As Figs. 3A-3C são esquemáticas elétricas que representam um conversor de módulo paralelo (“conversor”) usando múltiplos módulos em um regime de corrente de CC de alta tensão, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0011] A Fig. 4 é uma esquemática elétrica que representa uma configuração de saída, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0012] A Fig. 5 é uma esquemática elétrica que representa um módulo alternativo com controladores divididos em uma aplicação de entrada de CC de alta tensão, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0013] As Figs. 6A-6C são esquemáticas elétricas que representam um conversor alternativo em uma aplicação de entrada de CC de alta tensão, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0014] A Fig. 7 é uma esquemática elétrica que representa uma rede de comutação de energia, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0015] A Fig. 8 é uma esquemática elétrica que representa um conversor modular paralelo, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0016] As Figs. 9A-9C são esquemáticas elétricas que representam um conversor alternativo, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0017] A Fig. 10 é uma esquemática elétrica que representa uma arquitetura de sistema global para o conversor, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0018] A Fig. 11 é uma esquemática elétrica detalhada que representa uma rede de comutação de controle e uma rede de comutação de energia da FIG. 10, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0019] A Fig. 12 é um fluxograma que representa um método de distribuição de energia, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0020] A Fig. 13 é um fluxograma que representa um método para a repartição de cargas para uma pluralidade de módulos, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0021] A Fig. 14 é um fluxograma que representa um método para equalizar corrente entre módulos paralelos, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0022] A Fig. 15 é uma esquemática elétrica que representa uma arquitetura de sistema global para um conversor com um equilibrador de carga, de acordo com algumas modalidades da presente descrição.
[0023] Cada figura mostrada nesta descrição mostra uma variação de um aspecto da modalidade apresentada, e apenas diferenças serão discutidas em detalhe.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0024] Modalidades da presente descrição relate em geral para energizar sistemas de conversão de energia e distribuição e mais particularmente a um conversor modular paralelo para distribuir cargas elétricas sem a necessidade de controladores individuais em cada carga elétrica. O conversor pode usar um equilibrador de carga para monitorar as entradas e saídas para cada módulo de conversor modular paralelo no conversor de módulo paralelo para corresponder às correntes de saída. Isto pode resultar em redução da corrente em circulação e desequilíbrios de fase para fase, entre outras coisas.
[0025] Para simplificar e tornar clara a explicação, a descrição é descrita aqui como um sistema para alocar energia em uma aeronave. Um versado na técnica, no entanto, vai reconhecer que a descrição não está limitada assim. O sistema também pode ser usado, por exemplo, e não por limitação, com automóveis, outros tipos de veículos, e em redes de distribuição de energia. A descrição pode ser usada para aprimorar o controle e reduzir o custo e o gasto de distribuição de energia em várias situações reduzindo o número de controladores necessários e eliminando a capacidade de controlador de excesso e reduzir, ou eliminar a corrente em circulação e desequilíbrios de fase para fase.
[0026] Os materiais e componentes descritos aqui a seguir como compondo os vários elementos da presente descrição são intencionados de ser ilustrativos e não restritivos. Muitos materiais e componentes adequados que podem realizar a mesma função ou uma função similar como os materiais e componentes descritos aqui são intencionados de ser incorporados dentro do escopo da descrição. Tais outros materiais e componentes não descritos aqui podem incluir, mas não estão limitados aos materiais e componentes que são desenvolvidos após o tempo de desenvolvimento da descrição.
[0027] Como mencionado acima, um problema com sistemas de distribuição de energia convencionais é que, em geral, cada carga elétrica é provida com um controlador individual para os propósitos de distribuição de energia. Infelizmente, isto leva a um excesso de capacidade do controlador já que cada controlador individual deve ser classificado para a carga máxima que o equipamento elétrico exigido pode retirar. Em adição, na maioria dos casos, os controladores são na verdade projetados para prover alguma margem de segurança mesmo que (1) a carga elétrica em si (por exemplo, um motor elétrico) pode ter alguma margem de segurança inerente e (2) muitas cargas elétricas em geral são usadas em energia menor do que a completa e/ou são apenas usadas de maneira intermitente.
[0028] Para tal finalidade, modalidades da presente descrição se referem a um sistema em rede de controladores de energia modulares que podem ser usados individualmente ou em paralelo para satisfazer demandas de energia existentes. Como cada carga elétrica em uma aeronave raramente estará, se é que estará, ligada ao mesmo tempo, o sistema pode ser projetado com uma capacidade mais proximamente relacionada com consumo de energia médio ou nominal (mais alguma margem de segurança) em vez de o “cenário de pior caso”. Como um resultado, o número de componentes necessários, peso, tamanho, e custo de componente podem ser reduzidos, a eficiência do sistema pode ser aprimorada, e a redundância do sistema aprimorada pode ser provida. No evento de uma falha do controlador de motor, por exemplo, o sistema pode ser reconfigurado para atribuir a carga para um controlador de motor em funcionamento, aprimorando a confiabilidade. Em adição, se as cargas são tais que o sistema está operando em capacidade completa, todas as cargas ainda podem ser energizadas, apesar de em uma capacidade reduzida em alguns casos.
[0029] Como mostrado na Fig. 1, um bloco de construção do sistema pode compreender uma pluralidade de módulos de conversor modular paralelo (“módulos”) 100 que podem estar em rede juntos para formar um conversor modular paralelo (“conversor”), discutido abaixo. Em algumas modalidades, como mostrado na Fig. 1, cada módulo 100 pode compreender processamento de bordo. Nesta configuração, o módulo 100 pode compreender pelo menos três processadores: o processador de sinal digital de controle de motor (“DSP”) 105, o processador de proteção 110, e o processador de lógica 115. Alternativamente, o processador de proteção 110 pode ser denotado um controlador de proteção, e o processador de lógica 115 pode ser denotado como um controlador lógico.
[0030] Em algumas modalidades, portanto, o DSP 105 pode gerar, por exemplo, um sinal de modulação de largura de pulso de acionamento de portal de alta frequência (PWM) 120 para ativar o acionador de portal 125. O acionador de portal 125 atua essencialmente como o lado de comutação do módulo de energia 100, bem como um relé elétrico. Em outras palavras, a saída 180 do módulo 100 é regulada pelo sinal de PWM 120. Para determinar o sinal de PWM apropriado 120, o DSP 105 pode usar sinais a partir de vários sensores através de um processador de sinal 135 e/ou sinais através de um barramento de comunicações de módulo 140, discutido abaixo.
[0031] Em algumas modalidades, o DSP 105 pode usar sensores incluindo, por exemplo, e não por limitação, sensores de temperatura 150 e sensores de disparo através 155 para detectar condições potencialmente danosas. Em outras modalidades, o DSP 105 pode usar sensores incluindo sensores de corrente (para detectar condições de excesso de corrente), sensores de tensão (para detectar condições de excesso de tensão), sensores de posição e velocidade do motor (para detectar condições de excesso de velocidade). Em adição, muitos destes sensores (por exemplo, sensores de corrente, tensão, posição e velocidade de rotor também podem ser usados para realizar controle de motor). Em algumas modalidades, o processador de sinal 135 pode condicionar sinais a partir dos sensores e pode incluir um Conversor de Analógico para Digital (ADC) 135a. Em outras modalidades, o ADC 135 pode ser uma unidade discreta que se conecta através de uma interface de comunicações com os processadores 105, 110, 115. Em mais outras modalidades, o ADC 135 pode ser integrado em um ou mais dos processadores 105, 110, 115.
[0032] Dados de sensor podem compreender, por exemplo, e não por limitação, corrente e tensão de entrada e saída de módulo, posição do motor, DM de ligação de CC (modo diferencial) e CM (modo comum), tensão e corrente, velocidade do motor, e temperatura do módulo de energia. Em algumas modalidades, o método de modulação de largura de pulso do DSP 105 e o nível de energia de saída podem ser configurados pelo processador de lógica 115. Para permitir a comunicação entre processadores de módulo 105, 110, 115 e controladores externos ao módulo 100, um barramento de comunicações de módulo 140 pode ser usado. Em algumas modalidades, para aprimorar depuração e verificação de módulo 100, por exemplo, configurações de DSP e sinais de sensor de carga podem compreender conjuntos de dados a ser transmitidos para um registrador de dados mestre 310, como discutido abaixo.
[0033] É preferível, e algumas vezes necessário, sincronizar os relógios de referência entre os módulos 100 e o DSP de controle de motor 105 para gerar formas de onda de saída síncronas 180. A falha na sincronização de relógios de referência pode resultar no DSP de controle de motor 105 gerando formas de onda que estão fora de fase com as formas de onda de outros módulos 100. Isto por sua vez, pode potencialmente criar curtos-circuitos, que podem danificar ou destruir os módulos 100. Variâncias no relógio do sistema de alta frequência do DSP 105 são relativamente insignificantes; no entanto, já que uns poucos nanossegundos terão pouco, ou nenhum, efeito na saída formas de onda. Os relógios de referência são preferivelmente pelo menos sincronizados entre módulos paralelos 100 (isto é, módulos 100 que estão atualmente alimentando energia para a mesma carga). Em algumas modalidades, para sincronização muito precisa, métodos conhecidos na técnica tais como, por exemplo, sincronização através de cabos de fibra óptica podem ser usados. A fibra óptica pode ser vantajosa já que é imune ao ruído de EMI gerado pela comutação de módulo de energia. Como discutido abaixo, em algumas modalidades, todos os sinais de PWM de controle de motor 120 podem ser executados em um processador central, que distribui sinais de portal de PWM 120 diretamente para o conjunto de circuitos de acionamento de portal 125 dos módulos de comutação de IGBT. Isto pode reduzir problemas de sincronização porque módulos em paralelo recebem sinais de portal 120 idênticos.
[0034] Em algumas modalidades, o processador de proteção 110 pode permitir a operação segura do módulo 100. O processador de proteção 110 pode monitorar vários sensores para condições de operação não seguras incluindo, mas não limitado a sensores de tensão e corrente de CA de saída 145, temperaturas de acionador de portal e inversor 150, e corrente de disparo através 155. Em algumas modalidades, o processador de proteção 110 também pode monitorar, por exemplo, excesso de velocidade do motor, excesso de tensão (ligação de CC), excesso de corrente em uma entrada ou saída, excesso de tensão na entrada e na saída, corrente de CM (modo comum), ondulação de tensão excessiva, corrente de entrada/saída desequilibrada, fase aberta, e proteção de falha de computador (por exemplo, se o DSP falha, o processador de proteção 110 pode desabilitar o acionador de portal 125 independentemente). Em mais outras modalidades, o processador de proteção 110 também pode comparar configuração de PWM atual com a configuração de PWM comandada. Se estes sinais não correspondem, o acionador de portal 125 também pode ser desabilitado. Em algumas modalidades, o processador de proteção 110 pode ser conectado diretamente com o acionador de portal 125 permitindo desligamentos quase instantâneos do inversor 160 caso uma falha seja detectada.
[0035] A proteção de falha de entrada do módulo 100 também pode ser provida pelo processador de proteção 110 em comunicação com um controlador de proteção mestre 305 sobre o barramento de comunicações de módulo 140. Caso o processador de proteção 110 detecte uma falha, por exemplo, o processador de proteção 110 pode instruir o controlador de proteção mestre 305 para desabilitar externamente o módulo 100. Em algumas modalidades, falhas de módulo 100 também podem ser gravadas pelo processador de proteção 110. Em algumas modalidades, a falha pode ser armazenada na memória 110a (por exemplo, memória não volátil) do processador de proteção 110 e o módulo 100 pode ser desabilitado até poder ser reparado ou substituído. Para auxiliar na depuração, em algumas modalidades, o processador de proteção 110 também pode registrar alguns ou todos os eventos com o registrador de dados mestre 310. Desta maneira, informação com relação às falhas do módulo, comunicações, comandos de lógica mestre e outras informação pertinente pode compreender conjuntos de dados para registrar pelo registrador de dados mestre 310.
[0036] Em algumas modalidades, o processador de lógica 115 pode regular o DSP 105 configurando o método de modulação e a energia de saída. A coordenação entre processadores de lógica 115 em módulos paralelos 100 pode permitir divisão de carga igual e sincronização de relógio. Como um resultado, cada processador de lógica 115 pode se comunicar com o controlador de lógica mestre 320 para as instruções em que a carga é designada a energizar no presente.
[0037] Como mostrado, o módulo 100 pode aceitar uma energia de CC de alta tensão (HVDC) que foi retificada por uma unidade retificadora externa. Em algumas modalidades, a corrente de entrada e a tensão podem ser monitoradas pelos sensores de corrente e tensão 165. As formas de onda de CC podem ser filtradas por um filtro de interferência eletromagnética (EMI) de CC 170, que pode reduzir ruídos no barramento de CC e estabilizar a corrente de entrada e a tensão. O módulo de inversor 160 então pode gerar formas de onda de CA, que podem ser filtradas por um filtro de EMI de CA de saída 175, para o uso pelas cargas do sistema. Em algumas modalidades, filtros e processadores adicionais podem ser usados para remover transientes de comutação e suavizar a forma de onda de saída. Em algumas modalidades, cada módulo 100 pode compreender um pequeno filtro de EMI de entrada 170, por exemplo, e um maior filtro de EMI de saída 175 para cada carga (a conexão de filtros de EMI em série aprimora a atenuação do filtro).
[0038] Formas de onda de corrente e tensão também podem ser monitoradas por sensores adicionais após o filtro de EMI da saída CA 175. Em algumas modalidades, um ou mais sensores de tensão e/ou corrente no módulo 100 e um ou mais sensores de tensão e/ou corrente em um lado de carga. Isto pode permitir a detecção de falha na rede de comutação de energia 325, discutida abaixo.
[0039] Como mostrado na Fig. 2, em algumas modalidades, em vez de usando um retificador externo, um retificador 205 pode ser integrado no módulo 200. Nesta configuração, o módulo 200 pode usar uma entrada de energia de CA, tal como uma entrada de energia de CA de 3 fases. O retificador 205 pode compreender, por exemplo, e não por limitação, uma extremidade frontal ativa (compreendendo comutadores de estado sólido) ou retificadores passivos tradicionais (por exemplo, unidades retificadoras de autotransformador de múltiplos pulsos, unidades retificadoras de transformador, ou retificadores de diodo). Esta configuração pode prover confiabilidade aumentada já que, por exemplo, uma falha de retificador 205 afeta apenas um módulo 200. Em adição, confiabilidade e segurança são aprimorados já que também existe uma corrente de circulação diminuída entre os módulos 200 (por exemplo, já que cada módulo 200 pode ser isolado de outros módulos 200). É claro que esta abordagem incorre um leve aumento no custo, no peso, no volume, e na complexidade dos módulos 200 como o resultado dos componentes adicionais 205, 210. Em algumas modalidades, sensores de corrente e tensão 210 adicionais podem ser usados após o retificador 205 detectar as condições de falha.
[0040] As Figs. 3A-3C representam uma arquitetura de sistema global 300 para um conversor. O controlador mestre 302 pode compreender, por exemplo, e não por limitação, um controlador de comunicações mestre 315, um controlador de lógica mestre 320, um controlador de proteção mestre 305, um registrador de dados mestre 310 ou controlador de registro de dados mestre, e uma rede de comutação de energia (PSN) 325. O controlador de comunicações mestre 315 pode conectar cada módulo, através de cada barramento de comunicações de módulo 140 do módulo 100, permite trocas de mensagem entre os módulos 100. Em adição, mensagens a partir do controlador de lógica mestre 320 também podem ser roteadas pelo controlador de comunicações mestre 315 para os seus respectivos destinos (por exemplo, para módulos 100, sistemas externos de aeronave 350, etc.).
[0041] Em algumas modalidades, para auxiliar a depuração, mensagens processadas pelo controlador de comunicações mestre 315 podem ser duplicadas e transmitidas para o registrador de dados mestre 310 onde elas são gravadas para análise futura ou concorrente. Em algumas modalidades, o controlador de comunicações mestre 315 pode facilitar as comunicações entre os módulos 100 e sistemas externos de aeronave 350 (por exemplo, sistemas de aeronave 350 externos ao sistema 300 que necessitam de energia). Em algumas modalidades, o controlador de lógica mestre 320 pode receber requisitos para cargas em um nível de energia especificado (isto é, corrente e/ou tensão) a partir de sistemas externos de avião. O controlador de lógica mestre 320 então pode alocar os módulos 100 para satisfazer requisitos de energia selecionando e configurando os módulos 100 e a rede de comutação de energia 325 de maneira apropriada.
[0042] Para garantir que quaisquer condições de falha que ocorrem no sistema 300 sejam detectadas e interrompidas, o controlador de proteção mestre 305 pode monitorar as entradas e saídas para cada módulo 100 incluindo, por exemplo, e não por limitação, a corrente de entrada e formas de onda de tensão do barramento de CC de alta tensão e o barramento de CC de baixa tensão. Em algumas modalidades, caso uma falha ocorra, o controlador de proteção mestre 305 pode sinalizar o comutador de energia correspondente 330 para desconectar o módulo 100, gravar a falha na memória do controlador de proteção mestre 305a, e enviar uma mensagem da falha para o registrador de dados mestre 310. O controlador de proteção mestre 305 pode desabilitar o módulo 100 até ele ter sido, por exemplo, reparado ou substituído.
[0043] O registro de mensagens de controle e leituras de sensor, por outro lado, pode ser manipulado pelo registrador de dados mestre 310. O registrador de dados mestre 310 pode gravar os dados que ele recebe para um meio de armazenamento de dados 335 através de um barramento de registro de dados 345, que pode estar em comunicação através da interface de armazenamento de dados (DSI) 310a. Em algumas modalidades, tal como quando leituras de sensor de alta frequência devem ser escritas para o armazenamento de dados, dispositivos de armazenamento de alta capacidade e alta velocidade podem ser usados. Em algumas modalidades, a confiabilidade do sistema 300 pode ser melhorada usando conexões de CC de baixa tensão redundantes com o controlador mestres (por exemplo, o controlador de proteção mestre 305, registrador de dados mestre 310, controlador de comunicações mestre 315, e controlador de lógica mestre 320) e os processadores do módulo 100 (por exemplo, o DSP de controle de motor 105, o processador de proteção 110, e o processador de lógica 115).
[0044] Nesta configuração, os módulos 100 podem ser energizados através de unidades retificadoras (retificadores) 340 externos aos módulos 100. Cada retificador 340 pode energizar N (qualquer número de) módulos 100. É claro que a diminuição do número, N, energizada por cada retificador 340 pode aumentar a confiabilidade, no custo de peso aumentado e complexidade aumentada. Como um resultado, se existem M retificadores 340, por exemplo, isto pode resultar em um total de N*M módulos 100. Como dito acima, o retificador 340 pode ser, por exemplo, e não por limitação, um AFE, diodo passivo, ou retificadores de unidade de autotransformador de múltiplas fases.
[0045] Em algumas modalidades, como mostrado na Fig. 4, o sistema de saída 400 pode incluir a rede de comutação de energia 325. A rede de comutação de energia 325 pode comutar o arranjo de saídas de módulo 100 (415-1 a 415-N) para as suas cargas designadas através do arranjo de conectores de carga (420-1 a 420-K). Identificação de falha de carga e interrupção podem ser providas pelo monitoramento de formas de onda de corrente e tensão pelo controlador de proteção da rede de comutação de energia 405. Caso o controlador de proteção da rede de comutação de energia 405 detecte condições de falha, ele pode abrir parte dos ou todos os comutadores 410 da rede de comutação de energia 325 conectados com a carga. Em algumas modalidades, o controlador de proteção da rede de comutação de energia 405 também pode gravar a falha em NVM para auxiliar tanto com o novo fechamento do comutador 410 (isto é, quando a falha foi corrigida) ou permanentemente desconectando um comutador 410 (por exemplo, até ser substituído). O controlador de proteção da rede de comutação de energia 405 também pode informar a rede de comutação de energia 325 da falha. A rede de comutação de energia 325 então pode abrir todos os comutadores conectados com a carga, provendo desta forma proteção de sistema redundante. Em algumas modalidades, a saída do sistema 300 pode incluir um estágio final de atenuação de EMI, se for necessário. Cada carga pode ter um ou mais filtros de EMI de saída de CA dedicados que podem filtrar as formas de onda combinadas a partir de todos os módulos paralelos 100. Em algumas modalidades, os comutadores 410 podem ser, por exemplo, e não por limitação, comutadores de estado sólido ou contactores eletromecânicos.
[0046] Em algumas modalidades, como mostrado na Fig. 5, em vez de múltiplos controladores de módulo (por exemplo, o DSP de controle de motor 105, o processador de proteção 110, e o processador de lógica 115), os módulos 100 podem ser primariamente controlados pelo DSP de controle de motor 105. Nesta configuração, a transferência do processador de lógica 115 funciona para o controlador de lógica mestre 320 poder reduzir o número de processadores necessários pelo módulo 100. Em algumas modalidades, isto também pode eliminar, por exemplo, o processo de negociação de distribuição de energia entre cada processador de lógica de módulo 115. Nesta configuração, o DSP de controle de motor 105 pode ser configurado pelo controlador de lógica mestre 320. Sinais de sensor de carga podem ser transmitidos pelo controlador de lógica mestre 320 para o DSP de controle de motor 105, como for necessário. Em adição, sincronização de relógio de referência do sistema 300 para gerar formas de onda síncronas ainda podem ser providas pelo DSP de controle de motor 105.
[0047] Nesta configuração, as funções do processador de proteção 110 podem ser integradas para a sincronização de relógio de referência para gerar formas de onda síncronas. Na maioria dos casos, o processamento de número relativamente pequeno de sinais adicionais não adiciona fardo significativo para o DSP de controle de motor 105. Caso o DSP de controle de motor 105 identifique condições de falha, o DSP de controle de motor 105 pode desabilitar o módulo 100 simplesmente parando o sinal de PWM 120.
[0048] Em algumas modalidades, para reduzir os requisitos de largura de banda do barramento de comunicações de módulo 140, os módulos 100 também podem compreender um barramento de comunicações de registro de dados separado 505. Desta maneira, as comunicações de registro de dados de largura de banda relativamente alta pode ser manipulada pelo barramento de comunicações de registro de dados 505, enquanto as comunicações de controle 510, que são comunicações de largura de banda relativamente baixa, de alta confiabilidade, podem permanecer no barramento de comunicações de módulo 140. Desta maneira, o DSP de controle de motor 105 pode ser conectado com ambos os barramentos de comunicações 505, 510 permitindo ambos os tipos de comunicações.
[0049] Em mais outras modalidades, como mostrado nas Figs. 6A-6C, o sistema 600 pode compreender um controlador de lógica mestre mais proeminente 320 e registradores de dados mestre 310, permitindo a eliminação do controlador de comunicações mestre 315. Nesta configuração, o controlador de lógica mestre 320 pode se conectar com cada barramento de comunicações de lógica de módulo para permitir que as configurações sejam transmitidas para os módulos 100. Distribuição de energia entre os módulos paralelos 100 e a comunicação com sistemas externos de aeronave 605 (por exemplo, sistemas de aeronave externos ao sistema 600, não a aeronave) podem ser controlados pelo controlador de lógica mestre 320. O registrador de dados mestre 310 pode conectar com cada barramento de comunicações de registro de dados 505 do módulo que permite o registro de dados de alta frequência. Em algumas modalidades, conexões adicionais podem ser feitas para o controlador de proteção mestre 305 e/ou o controlador de lógica mestre 320 para o armazenamento de dados, enquanto o controlador de proteção mestre 305 pode operar substancialmente, como discutido acima.
[0050] Em algumas modalidades, como mostrado na Fig. 7, o sistema 700 pode compreender processamento de sinal de sensor de carga que foi realocado a partir dos módulos individuais 100 para a saída do sistema 300. Nesta configuração, o controlador de proteção da rede de comutação de energia 405 pode monitorar sinais de carga que não garantem que falhas ocorram (por exemplo, excesso de temperatura ou condições de excesso de velocidade). O controlador de proteção da rede de comutação de energia 405 pode transmitir dados de sensor incluindo, mas não limitado a, temperatura de carga 705 e posição de carga 710, para o controlador de lógica mestre 320 para a distribuição para os módulos 100.
[0051] A Fig. 8 representa uma arquitetura de módulo alternativo 800 que elimina problemas de sincronização de referência (por exemplo, a sincronização dos relógios de referência entre os módulos 100, discutida acima). Em algumas modalidades, isto pode ser alcançado realocando o DSP de controlador de motor 105 para o controle mestre 302. Como mencionado acima, o DSP de controlador de motor 105 computa estados de PWM e então transmite os mesmos (por exemplo, através de mensagens de estado de comutador sobre fibra óptica) para o módulo 800. Fibra óptica pode ser usada para a comunicação entre módulos, por exemplo, para evitar a corrupção de dados em fios elétricos não blindados. Nesta configuração, um transceptor de fibra óptica 805 pode receber as mensagens de estado de comutador.
[0052] Um decodificador 805a dentro do transceptor de fibra óptica 805 então pode gerar um sinal de acionamento de portal 810 para o acionador de portal 815. O transceptor de fibra óptica 805 pode transmitir, receber, codificar, e decodificar sinais a partir do domínio elétrico para óptico e vice- versa. Sinais de fibra óptica podem ser vantajosos já que sinais ópticos são imunes para o ruído de EMI gerado pela rede de comutação de energia. Meios ópticos podem ser úteis, portanto, para transmitir informação por distâncias relativamente longas (por exemplo, entre os módulos 100).
[0053] O decodificador 805a pode ser um circuito lógico tal como, por exemplo, e não por limitação, um arranjo de portal programável de campo (FPGA), dispositivo lógico programável complexo (CPLD), circuito integrado específico de aplicação (ASIC), ou processador. O processador de proteção 110 pode prover proteção básica monitorando os sensores de corrente e tensão 812, 817 para a entrada de CC e a saída de CA, respectivamente, a temperatura de dispositivos de módulo 820, e disparo através de inversor 825, dentre outras coisas. Caso uma falha ocorra, o processador de proteção 110 pode desabilitar o inversor 830 e informar o controlador de proteção mestre 305 da falha. Em algumas modalidades, o processador de proteção 110 pode se comunicar com o controlador de proteção mestre 305 via o transceptor de fibra óptica 805. Em outras modalidades, o processador de proteção 110 pode se comunicar com o controlador de proteção mestre 305 através do barramento de comunicações de módulo 140. Em algumas modalidades, mensagens de estado de comutador e mensagens de proteção podem ser transmitidas em diferentes frequências para permitir a comunicação em concorrente.
[0054] Em mais outras modalidades, como mostrado nas Figs. 9A-9C, o DSP de controladores de motor 105 podem ser realocados a partir do módulo 100 para o controlador mestre 302. Através da consolidação de DSP de controladores de motor 105, a sincronização de relógio é menos difícil devido à proximidade dos dispositivos (por exemplo, a maioria do elemento de atraso de tempo é removida a partir da sincronização). Em algumas modalidades, o DSP de controladores de motor 105 pode ser posicionado em uma placa de acessório modular para facilitar reparos do sistema 900. O número de DSP de controladores de motor 105 pode ser igual ao número máximo de cargas simultâneas, K, a ser controlado pelo sistema 900. Nesta configuração, cada DSP de controlador de motor 105 pode calcular o estado de PWM então transmite uma mensagem de estado de comutador para os módulos 100, com módulos paralelos 100 recebendo mensagens de estado de comutador a partir do mesmo DSP de controladores de motor 105. Em algumas modalidades, um roteador de PWM 905 pode ser usado para rotear as mensagens de estado de comutador para os módulos paralelos 100. Sinais de sensor tais como, por exemplo, voltagens e correntes de carga, podem ser roteadas para o respectivo DSP de controladores de motor 105 por um roteador de sensores de carga 910.
[0055] Em algumas modalidades, o controlador de lógica mestre 320 pode se comunicar diretamente com cada DSP de controladores de motor 105 para configurar as variáveis de controle necessárias (por exemplo, largura de pulso e magnitude). Em algumas modalidades, como dito acima, transceptores de fibra óptica 805 podem ser usados para se comunicar com os módulos 100. Múltiplos comprimentos de onda/frequências também podem ser usados para permitir a transmissão em concorrente e/ou recepção de mensagens de estado de comutador e mensagens de falha de módulo.
[0056] A arquitetura discutida acima pode prover alta confiabilidade já que cada um dos controladores de módulo 100 opera quase independentemente. Na maioria dos casos, a interação com outros controladores está limitada à alocação de distribuição de energia entre os processadores de lógica 115 de vários módulos 100 e a distribuição de carga e energia pelo controlador de lógica mestre 320. Nesta configuração, por exemplo, uma falha de módulo 100 não vai afetar a operação de outros módulos 100. Em adição, a comunicação é simplificada quando o barramento de comunicações de módulo 140 provê e forma a interface entre os vários processadores de módulo (por exemplo o DSP 105, o processador de proteção 110, e o processador de lógica 115) e o controlador mestres. No entanto esta arquitetura pode ser de alguma forma ter menos custo-benefício e ser mais difícil de implementar. O uso de um controlador lógico dedicado para tarefas mínimas, por exemplo, pode resultar em energia de processamento não usada aumentando os custos de modulação. A integração das funções do controlador lógico para outros controladores tais como o controlador de lógica mestre 320, por outro lado, pode diminuir os custos e a complexidade do módulo. A implementação de relógios de referência sincronizados pode adicionar complexidade e custo do módulo.
[0057] A arquitetura de sistema global, incluindo os subsistemas discutidos nas Figs. 1-9C, é mostrada nas Figs. 10 e 11, o sistema 1000 pode controlar um sistema de inversores modulares paralelos 1015 para acionar múltiplos tipos e/ou diferentes tipos de máquinas de CA ou CC 1010. O sistema 1000 pode compreender uma pluralidade de inversores modulares paralelos 1015 conectados em paralelo, cada um dos quais é capaz de ser configurado para receber qualquer um de uma pluralidade algoritmos de controle 1022a, 1022b, 1022c incorporados em um sistema de controle de motor 1020 através de uma rede de comutação de controle reconfigurável 1025. Cada um dos inversores modulares paralelos 1015 pode ser configurado para acionar uma ou mais da pluralidade de máquinas de CA 1010 em um lado de carga através de uma rede de comutação de energia reconfigurável 1030.
[0058] Esta configuração habilita, por exemplo, a capacidade de reconfigurar de maneira dinâmica tanto a rede de comutação de controle 1025 quanto a rede de comutação de energia 1030. Em adição, qualquer um dos inversores a partir da pluralidade de inversores 1015 em paralelo é acessível para acionar qualquer motor da pluralidade motores 1010 (ou outras cargas elétricas) em um lado de carga e qualquer algoritmo de controle de uma pluralidade de algoritmos de controle 1022 incorporado no sistema 1000 é acessível para controlar qualquer um da pluralidade de inversores 1015. Como um resultado, um ou mais inversores 1015 podem acionar um motor 1010, como for necessário para satisfazer requisitos de carga, e/ou uma pluralidade de motores 1010 em um lado de carga pode ser acionado ao mesmo tempo, cada um dos quais pode ser acionado com um ou mais inversores 1015. Em adição, uma pluralidade de motores 1010 em um lado de carga pode ser acionada ao mesmo tempo com o mesmo algoritmo de controle (por exemplo, 1020a) ou um diferente algoritmo de controle (por exemplo, 1020b).
[0059] Como mostrado na Fig. 10, o sistema pode compreender um controlador de sistema 1035 configurado para se comunicar com um controlador de veículo 1040, por exemplo, para obter comandos de operação a partir do controlador de veículo 1040 e prover sinais de estado de sistema 1000 para o controlador de veículo 1040, dentre outras coisas. Em algumas modalidades, o controlador de sistema 1035 também pode reconfigurar a rede de comutação de energia 1030 para prover um número apropriado de módulos de inversor 1015 em paralelo para acionar um motor 1010 em tempo real. Em outras palavras, quando a carga a partir de um motor 1010 é aumentada, o controlador de sistema 1035 pode sinalizar a rede de comutação de energia 1030 pode posicionar mais módulos de inversor 1015 em paralelo. Reciprocamente, é claro que quando a carga do motor é diminuída, o controlador de sistema 1035 pode sinalizar a rede de comutação de energia 1030 para desengatar um ou mais módulos de inversor 1015. Se for necessário, o controlador de sistema 1035 então pode posicionar os mesmos em paralelo com outros módulos de inversor 1015 para acionar outras cargas 1010.
[0060] Em algumas modalidades, o controlador de sistema 1035 também pode reconfigurar a rede de comutação de controle 1025 para prover algoritmos de controle de motor apropriados 1022 para um ou mais dos módulos de inversor 1015 acionando um ou mais tipos de motor. O controlador de sistema 1035 pode prover algoritmos relacionados com, por exemplo, e não por limitação, controle orientado por campo (FOC), controle de torque direto (DTC), controle de tensão por frequência (V/F). Isto pode ser útil, por exemplo, para acionar eficientemente tipos de motor específico de acionamento (por exemplo, motores de indução, motores síncronos, motores síncronos de imã permanente, motores de CC sem escova, etc.).
[0061] Em algumas modalidades, o controlador de sistema 1035 também pode enviar, por exemplo, e não por limitação, velocidade do motor, torque, ou valores de referência de energia para correspondentes motores 1010 (ou controladores de motor). Em algumas modalidades, o controlador de sistema 1035 pode ser armazenado e rodado em um controlador incorporado. O controlador de sistema 1035 pode compreender, por exemplo, e não por limitação um processador de microcontrolador, FPGA ou ASIC. Em algumas modalidades, o controlador de sistema 1035 pode usar um simulador/emulador em tempo real ou pode ser rodado em tempo real.
[0062] Em algumas modalidades, o número de algoritmos de controlador de motor 1022 pode ser determinado pelo número de diferentes cargas de motor. Se o sistema 1000 possui três tipos diferentes de motores 1010 para o acionamento, por exemplo, então três algoritmos de controlador de motor 1022 podem ser desenvolvidos, com cada algoritmo de controle de motor 1022 específico para a carga do motor. É claro que se todos os três motores 1010 realizam a mesma função com o mesmo motor, é possível que todas as três cargas podem ser energizadas usando o mesmo algoritmo 1022.
[0063] A rede de comutação de controle 1025 pode configurar de maneira dinâmica um ou mais inversores 1015 cada um dos quais pode ser acionado por um algoritmo específico de controle 1022, ou um algoritmo de controle comum 1022, que é roteado através da rede de comutação de controle 1025 por comandos a partir do controlador de sistema 1035. Em algumas modalidades, atraso de tempo entre os sinais para dentro e fora da rede de comutação de controle 1025 podem ser minimizados para aprimorar desempenho de acionamento do motor.
[0064] A rede de comutação de controle 1025 pode ser, por exemplo, em uma implementação de software ou hardware. Em algumas modalidades, uma rede de comutação de controle codificada por software 1025 pode ser rodada, por exemplo, e não por limitação, um controlador incorporado, simulador em tempo real, ou computador. Em outras modalidades, a rede de comutação de controle 1025 pode ser implementada usando um dispositivo de hardware tal como, por exemplo, e não por limitação, CPLDs, ASICs ou FPGAs.
[0065] Em algumas modalidades, a rede de comutação de energia 1030 pode configurar de maneira dinâmica um ou mais inversores para acionar um ou mais motores por um ou mais algoritmos de controle específicos a partir do o controlador de sistema 1035. Em algumas modalidades, a rede de comutação de energia 1030 pode atuar como um curto-circuito e/ou dispositivo de proteção de excesso de corrente. Neste caso, os comutadores de energia 1030a associados com o curto-circuito ou a carga de excesso de corrente abertos quando uma falha é detectada.
[0066] A rede de comutação de energia 1030 pode ser implementada usando, por exemplo, e não por limitação, relés de estado sólido, relés mecânicos, transistores, e outros comutadores de energia controláveis. É claro que os inversores 1015 convertem energia de CC para a energia de CA requisitada (por exemplo, em diferentes níveis de tensão, frequências, formas de onda, etc.) para acionar várias máquinas de CA (por exemplo, motores de CA 1010) pelo algoritmo de motor 1022 e o controlador de sistema 1035. Os inversores podem compreender, por exemplo, e não por limitação, transistores bipolares de portal isolado (IGBTs), transistores de efeito de campo de semicondutor de óxido de metal (MOSFETs), e transistores de junção bipolar (BJTs).
[0067] Em mais outras modalidades, o sistema 1000 pode designar cargas com base em um fator de prioridade de carga. Em outras palavras, se, por exemplo, o número de cargas requisitadas pelos sistemas externos de aeronave 1040 (por exemplo, externos ao sistema 1000) é maior do que pode ser provido pelo módulo 100, o sistema 1000 pode designar cargas por um fator de prioridade de carga, com maiores cargas de prioridade sendo energizadas antes de menores cargas de prioridade. Se a aeronave 1040 faz um requisito para uma grande carga, tal como para abaixar o trem de pouso, por exemplo, o sistema 1000 pode designar novamente temporariamente parte dos ou todos os módulos 1015 para energizar os motores do trem de pouso. Quando o trem de pouso é abaixado e travado, por sua vez, no sistema 1000 pode designar novamente os módulos 1015 para as suas cargas anteriores (ou para cargas existentes agora). Assim, por exemplo, o ventilador da cabine pode ser desativado temporariamente em favor do trem de pouso e então reiniciado quando a engrenagem é abaixada.
[0068] Em algumas modalidades, tal como quando existem um excesso de cargas de baixa prioridade que coletivamente excedem a classificação de energia do sistema 1000, o sistema 1000 pode energizar parte ou todas as cargas em uma configuração reduzida. Desta maneira, todas as cargas são energizadas, mas podem operar em uma velocidade menor ou capacidade menor. Assim, por exemplo, os ventiladores de cabine de aeronave, iluminação, e sistema de entretenimento pode requisitar de energia ao mesmo tempo em excesso da classificação do sistema 1000. Como um resultado, o sistema 1000, por exemplo, pode prover energia completa para o sistema de entretenimento, mas velocidades de ventilador de cabine levemente reduzidas e intensidade de iluminação para reduzir a demanda de energia global.
[0069] Como mostrado na Fig. 12, modalidades da presente descrição também podem compreender um método 1200 para distribuir energia. Em algumas modalidades, o método 1200 pode compreender receber 1205 um requisito de carga a partir do veículo (por exemplo, requisitos de carga a partir do controlador de veículo 1040). O controlador então pode determinar 1210 se a carga requisitada está acima ou abaixo da classificação de energia para um único módulo. Se o requisito de carga está abaixo da classificação para um único módulo, o controlador pode designar 1220a a carga para um único módulo. Se, por outro lado, a carga é maior do que um único módulo pode energizar, o controlador pode ser paralelo 1215 ao número de módulos (“X”) juntos que são necessários para energizar a carga e então designar 1220b a carga para os X módulos. O controlador então pode ativar 1225 os módulos provendo a carga necessária.
[0070] Quando o veículo não precisa mais da fonte de alimentação (por exemplo, o trem de pouso é abaixado), o veículo pode requisitar 1230 que a carga seja desconectada e o controlador pode desconectar 1235 o módulo, ou os módulos. Em algumas modalidades, o sistema também pode ser continuamente ou periodicamente verificar 1240 os requisitos de sistema corrente e designar novamente módulos como for necessário.
--- Exemplo 1 --
[0071] Em um exemplo, cada módulo 100 pode ter uma classificação 10A. Com dez módulos 100 em um conversor 300, portanto, o conversor pode prover 100A. Se a aeronave requisita uma carga de 25A para energizar os motores hidráulicos para o trem de pouso, por exemplo, o sistema 300 pode determinar que a carga necessita de pelo menos três módulos 100, posicionar três módulos 100 em paralelo, e então designar e ativar três módulos 100 para a carga. Se, durante a operação de o trem de pouso, por exemplo, a alteração de requisitos de energia - por exemplo, a energia necessária para iniciar os motores é maior do que a energia contínua para rodar os motores - o sistema 300 pode remover (ou adicionar) módulos 100 quando a carga muda.
[0072] Similarmente, como mostrado na Fig. 13, modalidades da presente descrição também podem compreender um método 1300 para distribuir energia para múltiplas cargas. Em algumas modalidades, o método 1300 pode compreender receber 1305 pelo menos dois requisitos de carga a partir do veículo. O controlador então pode determinar 1310 se os requisitos de carga estão acima ou abaixo a classificação de energia para um único módulo. Se os requisitos de carga estão abaixo da classificação para um único módulo, o controlador pode designar 1320b cada carga para um único módulo. Se, por outro lado, qualquer carga (ou ambas as cargas) é maior do que um único módulo pode energizar, o controlador pode ser paralelo 1315a, 1315c a dois ou mais módulos juntos e então designar 1320a, 1320c as cargas para os módulos paralelos, como for necessário. O sistema então pode ativar 1325 os módulos. Em algumas modalidades, o sistema também pode verificar continuamente ou periodicamente 1340 os requisitos de sistema corrente e designar novamente 1320 os módulos como for necessário. Quando o veículo não precisa mais da fonte de alimentação para uma ou ambas as cargas, o veículo pode requisitar 1330 que a carga seja desconectada e o controlador pode desconectar 1335 o módulo, ou módulos para aquela carga.
--- Exemplo 2 --
[0073] Em outro exemplo, como dito acima, cada módulo 100 pode ter novamente uma classificação 10A e dez módulos 100 em um conversor 300 para um total de capacidade de 100A. Se a aeronave requisita uma primeira carga de 15A para energizar os motores hidráulicos para o trem de pouso, por exemplo, e uma segunda carga de 7,5A para ligar o ventilador da cabine baixo, o sistema 300 pode determinar que a carga necessita de pelo menos três módulos 100. O sistema 300 pode posicionar um primeiro módulo 100 e um segundo módulo 100 em paralelo. O sistema 300 então pode designar a primeira carga para o primeiro módulo 100 e o segundo módulo 100 e a segunda carga para um terceiro módulo 100.
[0074] O sistema 300 pode verificar novamente continuamente ou de maneira intermitente para observar se os requisitos de energia do veículo mudaram 1340. Se, durante a operação de o trem de pouso, por exemplo, a alteração de requisitos de energia - por exemplo, a energia necessária para dar a partida nos motores é maior do que a energia contínua para rodar os motores - e/ou os requisitos de veículo dos quais o ventilador da cabine pode ser colocado em alto, o sistema 300 pode desacoplar 1315c o primeiro e o segundo módulos, parear o segundo e o terceiro módulos e designar 1320c a primeira carga (o trem de pouso) para o primeiro módulo 100 e a segunda carga (o ventilador da cabine) para o segundo e o terceiro módulos 100 quando a carga muda.
[0075] Ter uma pluralidade de módulos 100 em paralelo permite que os módulos 100 energizem cargas que excedem suas classificações de energia individuais. Qualquer número de módulos 100 poderia teoricamente ser agrupado para energizar qualquer carga. Na prática, entretanto, o mesmo sinal de entrada não necessariamente produz o mesmo sinal de saída em todos os módulos 100. Isto pode ser devido a, por exemplo e não limitação, tolerâncias de fabricação nos módulos 100, resistências (impedâncias) variáveis na fiação e conexões do sistema 300, e variâncias nos sinais de entrada. Essas variâncias, por sua vez, causam variâncias nas saídas dos módulos 100, o que resulta em desequilíbrios de carga entre módulos paralelos 100.
[0076] Se o desequilíbrio de carga for grande o bastante, os componentes do sistema podem ser danificados ou destruídos. Como a corrente se divide entre módulos paralelos 100 em proporção inversa à sua impedância, uma corrente maior flui através do módulo 100 com impedância menor. Como resultado, um módulo 100 com impedância mais baixa (e correlacionadamente, uma capacidade de carga mais baixa) pode ser sobrecarregado, enquanto um módulo de impedância mais alta 100 seria carregado abaixo de sua capacidade. Similarmente, o efeito de desequilíbrios de fase da fonte de CA (por exemplo, uma fase tem uma amplitude maior que a outra) é que cada módulo 100 compartilha a carga total de modo desigual.
[0077] Seja um desequilíbrio de fase, impedância mal correspondida, ou outras causas, para uma carga de 30A, por exemplo, cada um dos três módulos pode não ter 10 A consistentes, mas em vez disso ter 15A, 8A e 7A. A carga tem os 30A correto e dessa forma opera normalmente (por exemplo, a carga não se “importa” como a energia é distribuída.) Os IGBTs nos inversores 1015, por outro lado, podem carregar mais que sua corrente nominal e isso pode causar superaquecimento, destruição dos dispositivos de IGBT, ou lapso errático da proteção de sobrecorrente, entre outras coisas. Isto pode resultar em falha do módulo de impedância inferior 100, má utilização do sistema, problemas de manutenção, e má confiabilidade do sistema.
[0078] Para este fim, as modalidades da presente descrição podem também compreender sistemas e métodos 1400 para equilibrar cargas, controlar desequilíbrio de fase para fase, e reduzir corrente de circulação entre módulos paralelos 100. Modalidades da presente descrição podem compreender um método 1400 para equilibrar a corrente de saída entre módulos em paralelo, como mostrado na Fig. 14.
[0079] Em algumas modalidades, o método 1400 pode compreender receber uma solicitação de carga de um sistema de aeronave externo 1405. Como antes, o método 1400 pode então compreender calcular o número de módulos paralelos necessários para energizar a solicitação, como mostrado em 1410. Então, por exemplo, se uma carga de 45A é solicitada, e o sistema usa módulos de 10A, o sistema pode determinar que um mínimo de 5 módulos paralelos é necessário. O método 1400 pode continuar calculando o compartilhamento de carga teórico ideal entre os módulos, como mostrado em 1415. Em outras palavras, a carga que cada módulo energizaria se a impedância de cada módulo fosse perfeitamente correspondida. No exemplo acima, se cada módulo fosse perfeitamente correspondido, por exemplo, cada um proveria 9A para energizar a carga. Como mencionado acima, os módulos podem ser ativados pelo controlador de sistema 1035 e um algoritmo de controle de motor apropriado 1022.
[0080] O método 1400 pode então medir a corrente de saída de cada um dos módulos ativados, como mostrado em 1425, e então determinar se a saída real de cada módulo é aproximadamente igual à carga ideal (do 1415), como mostrado em 1430. Em algumas modalidades, isto pode ser feito por medição direta da corrente de saída ou tensão para cada módulo. Em outras modalidades, o sistema pode monitorar outros tipos de realimentação no sistema, como, por exemplo e sem limitação, temperatura do inversor, corrente de circulação, ou desequilíbrio de fase na carga. Módulos com saídas mais altas, por exemplo, terão temperaturas de operação mais altas do que módulos com saídas mais baixas.
[0081] Como discutido acima, como o sistema usa um algoritmo único para calcular os sinais de controle (por exemplo, sinais de porta de PWM), as saídas de módulos em paralelo são sincronizadas em fase por projeto. Como resultado, qualquer desequilíbrio significativo na carga pode ser uma indicação de um problema em algum local do sistema, como enrolamentos do motor com falhas ou isolamento causando curto-circuito ou um IGBT começando a falhar. Assim, o desequilíbrio na carga pode ser usado como uma indicação de uma condição de defeito.
[0082] Em alguns casos, a tensão de terminal dos comutadores de energia é pequena e pode ser difícil de medir, especialmente na presença de grandes quantidades de EMI (gerado pelos tempos de comutação rápidos) e correntes grandes. Como resultado, medições de corrente são geralmente consideradas um meio prático de determinar desequilíbrios de compartilhamento de corrente entre módulos em paralelo. Se um desequilíbrio existe entre os módulos, o método pode continuar modificando o algoritmo de controle de motor para equilibrar as saídas dos módulos, como mostrado em 1435.
[0083] Se uma fase de um módulo está provendo mais corrente do que as outras com as quais está em paralelo, por exemplo, a largura de pulso pode ser levemente reduzida para aquele módulo e aumentada nos outros módulos para equilibrar suas saídas. É também possível modificar o algoritmo de controle de motor para compensar desequilíbrios. Em FOC, por exemplo, o método 1400 pode tomar medições de motor e comandos de entrada para gerar um comando de saída “médio” na rotação do sistema de coordenadas, e uma correção pode ser aplicada por módulo. O método 1400 pode então gerar um conjunto diferente de sinais de PWM para cada módulo com base nestas correções. Na maioria dos casos, as entradas são todas digitais incluindo, por exemplo e sem limitação, uma variável computada no algoritmo de controle ou sinais de PWM de lógica digital direta.
[0084] Este método 1400 pode continuar enquanto a carga está sendo energizada. Em algumas modalidades, a corrente de saída pode ser monitorada constantemente, por exemplo, ou a um intervalo predeterminado (por exemplo, uma vez por segundo). Em algumas modalidades, o método 1400 pode terminar quando o controlador de veículo indicar que a carga não precisa mais ser energizada, por exemplo, ou quando a energia principal para a aeronave for cortada (por exemplo, para armazenamento durante a noite da aeronave).
[0085] Em outras modalidades, como mostrado na Fig. 15, o sistema 1500 pode compreender um equilibrador de carga 1505 para equilibrar a corrente de saída para uma pluralidade de módulos, ou inversores 1015. O equilibrador de carga 1505 pode receber entradas do sistema 1500 incluindo, por exemplo e sem limitação, a carga exigida do controlador de sistema 1035, o sinal de controle de motor de entrada 1510 do sistema de controle do motor 1020 (por meio da rede de comutação de controle 1025) para cada inversor 1015, e a corrente de saída 1515 para cada inversor 1015. Então, por exemplo, se cada inversor 1015 está recebendo a mesma entrada 1510, mas um primeiro inversor 1015 está provendo uma corrente de saída mais baixa 1515, o equilibrador de carga 1505 pode modificar o sinal de controle de motor de entrada 1510 para o primeiro inversor 1015 obter uma corrente de saída combinada 1515 para os inversores restantes 1015.
[0086] Em algumas modalidades, o equilibrador de carga 1505 pode compreender muitos tipos de controladores de realimentação. Em algumas modalidades, o equilibrador de carga 1505 pode compreender, por exemplo e sem limitação, um controlador integral-proporcional (PI), proporcional integral derivativo (PID), lógica difusa, ou rede neural. Em outras modalidades, o equilibrador de carga 1505 pode calcular a carga “ideal” teórica para cada inversor 1015 (como previamente mostrado em 1415). Em algumas modalidades, a carga ideal pode atribuir uma porção igual da carga a cada inversor 1015. Dessa maneira, o equilibrador de carga 1505 pode monitorar a corrente de saída 1515 para cada inversor 1015 e ajustar o sinal de controle de motor de entrada 1510 de acordo. Nessa configuração, o erro para o equilibrador de carga 1505 é a diferença entre a corrente de saída ideal (por exemplo, de modo que cada inversor 1015 esteja provendo a mesma proporção da carga total exigida do controlador de veículo 1040). O equilibrador de carga 1505 pode então minimizar o erro (por exemplo, desequilíbrio de corrente) ajustando o sinal de controle de motor de entrada 1510 para cada inversor 1015.
[0087] Adicionalmente, a descrição compreende modalidades de acordo com as seguintes cláusulas: Cláusula 1. Um sistema para energizar uma pluralidade de cargas elétricas, o sistema compreendendo: um primeiro módulo de conversor modular paralelo, com uma entrada e uma saída, para prover uma primeira saída de corrente alternada (CA); um segundo módulo de conversor modular paralelo, com uma entrada e uma saída, para prover uma segunda saída de CA; e um equilibrador de carga conectado à entrada e saída do primeiro módulo de conversor modular paralelo e do segundo módulo de conversor modular paralelo, em que o equilibrador compara a saída do primeiro módulo de conversor modular paralelo e do segundo módulo de conversor modular paralelo, e em que o equilibrador de carga modifica a entrada para o primeiro módulo de conversor modular paralelo para equalizar a saída do primeiro módulo de conversor modular paralelo com a saída do segundo módulo de conversor modular paralelo. Cláusula 2. O sistema da cláusula 1, compreendendo adicionalmente: um terceiro módulo de conversor modular paralelo, com uma entrada e uma saída, para prover uma terceira saída de corrente alternada (CA), em que o equilibrador de carga compara uma corrente de saída da saída do primeiro módulo de conversor modular paralelo, do segundo módulo de conversor modular paralelo, e do terceiro módulo de conversor modular paralelo, e em que o equilibrador de carga modifica a entrada para um ou mais dos primeiro módulo de conversor modular paralelo, segundo módulo de conversor modular paralelo, e terceiro módulo de conversor modular paralelo de modo que a corrente de saída do primeiro módulo de conversor modular paralelo, segundo módulo de conversor modular paralelo, e terceiro módulo de conversor modular paralelo seja substancialmente equilibrada. Cláusula 3. O sistema da cláusula 1, em que o equilibrador de carga compreende um controlador proporcional integral derivativo (PID). Cláusula 4. O sistema da cláusula 3, em que um erro para o controlador PID compreende uma diferença entre uma corrente de saída do primeiro módulo de conversor modular paralelo e do segundo módulo de conversor modular paralelo, e em que o controlador PID modifica a entrada para o primeiro módulo de conversor modular paralelo, o segundo módulo de conversor modular paralelo, ou ambos para reduzir o erro. Cláusula 5. Um conversor de módulo paralelo compreendendo: um primeiro módulo de conversor modular paralelo para prover uma primeira saída de corrente alternada (CA) e conectado com um barramento de comunicações de módulo; um segundo módulo de conversor modular paralelo para prover uma segunda saída de CA e conectado com o barramento de comunicações de módulo; um controlador de lógica mestre para atribuir uma primeira carga para um ou mais do primeiro módulo de conversor modular o paralelo e o segundo módulo de conversor modular paralelo, o barramento de comunicações de módulo conectando o primeiro módulo de conversor modular paralelo e o segundo módulo de conversor modular paralelo; um controlador de comunicações mestre conectado com o barramento de comunicações de módulo e o controlador de lógica mestre para rotear mensagens entre eles; e um equilibrador de carga conectado a uma entrada e uma saída tanto do primeiro módulo de conversor modular paralelo quanto do segundo módulo de conversor modular paralelo. Cláusula 6. O conversor de módulo paralelo da cláusula 5, em que o controlador de lógica mestre posiciona o primeiro módulo de conversor modular paralelo e o segundo módulo de conversor modular paralelo em paralelo usando uma rede de comutação de energia e designa a primeira carga para o primeiro módulo de conversor modular paralelo e o segundo módulo de conversor modular paralelo; e em que o equilibrador de carga modifica a entrada para o primeiro módulo de conversor modular paralelo para equalizar a saída do primeiro módulo de conversor modular paralelo com a saída do segundo módulo de conversor modular paralelo. Cláusula 7. O conversor de módulo paralelo da cláusula 6, compreendendo adicionalmente: um terceiro módulo de conversor modular paralelo para prover um terceiro sinal de saída de CA e conectado ao barramento de comunicações de módulo, em que o controlador de lógica mestre coloca o primeiro módulo de conversor modular paralelo, o segundo módulo de conversor modular paralelo, e o terceiro módulo de conversor modular paralelo em paralelo usando a rede de comutação de energia e atribui a primeira carga ao primeiro módulo de conversor modular paralelo, ao segundo módulo de conversor modular paralelo, e ao terceiro módulo de conversor modular paralelo, e em que o equilibrador de carga modifica a entrada para um ou mais do primeiro módulo de conversor modular paralelo, segundo módulo de conversor modular paralelo, e terceiro módulo de conversor modular paralelo para equalizar a saída do primeiro módulo de conversor modular paralelo, segundo módulo de conversor modular paralelo, e terceiro módulo de conversor modular paralelo. Cláusula 8. O conversor de módulo paralelo da cláusula 7, em que o equilibrador de carga modifica um algoritmo de controle de motor para um ou mais do primeiro módulo de conversor modular paralelo, segundo módulo de conversor modular paralelo, e terceiro módulo de conversor modular paralelo de modo que uma corrente de saída do primeiro módulo de conversor modular paralelo, segundo módulo de conversor modular paralelo, e terceiro módulo de conversor modular paralelo seja substancialmente equilibrada. Cláusula 9. O conversor de módulo paralelo da cláusula 8, em que o algoritmo de controle de motor compreende um algoritmo de controle orientado por campo e o equilibrador de carga modifica um sinal de modulação de largura de pulso (PWM) para um ou mais do primeiro módulo de conversor modular paralelo, segundo módulo de conversor modular paralelo, e terceiro módulo de conversor modular paralelo. Cláusula 10. O conversor de módulo paralelo da cláusula 5, compreendendo adicionalmente: um sistema de controle de motor para prover um ou mais algoritmos de controle de motor para o primeiro módulo de conversor modular paralelo e o segundo módulo de conversor modular paralelo; e uma rede de comutação de controle para conectar o um ou mais algoritmos de controle de motor ao primeiro módulo de conversor modular paralelo e ao segundo módulo de conversor modular paralelo, em que a entrada para o primeiro módulo de conversor modular paralelo e o segundo módulo de conversor modular paralelo é o um ou mais algoritmos de controle de motor, e em que a saída para o primeiro módulo de conversor modular paralelo e o segundo módulo de conversor modular paralelo é a uma ou mais correntes de saída. Cláusula 11. Um método para equilibrar saídas entre uma pluralidade de módulos de conversor modular paralelo, o método compreendendo: receber uma solicitação para energizar uma primeira carga de um controlador de veículo em um controlador de sistema; calcular um número de módulos de conversor modular paralelo necessário para energizar a primeira carga com um equilibrador de carga; colocar os módulos de conversor modular paralelo necessários para energizar a primeira carga em paralelo com um controlador de lógica mestre; sensorear uma saída de cada um dos módulos de conversor modular paralelo calculado com o equilibrador de carga; e modificar um sinal de entrada para um ou mais dos módulos de conversor modular paralelo calculado com o equilibrador de carga de modo que a saída de cada um dos módulos de conversor modular paralelo calculado seja igual. Cláusula 12. O método da cláusula 11, compreendendo adicionalmente: calcular uma carga ideal para cada um dos módulos de conversor paralelo calculados com o equilibrador de carga; e modificar um sinal de motor de entrada para um ou mais dos módulos de conversor modular paralelo calculado de modo que a saída de cada um dos módulos de conversor modular paralelo calculado seja substancialmente igual à carga ideal calculada. Cláusula 13. O método da cláusula 12, em que modificar o sinal de entrada compreende modificar um algoritmo de controle de motor para um ou mais dos módulos de conversor modular paralelo calculado de modo que correntes de saída para cada um dos módulos de conversor modular paralelo calculado sejam sincronizadas. Cláusula 14. O método da cláusula 13, em que o algoritmo de controle de motor compreende um algoritmo de controle orientado por campo (FOC), e em que modificar os algoritmos de controle do motor de entrada para um ou mais dos módulos de conversor modular paralelo calculado compreende modificar um sinal de modulação de largura de pulso (PWM) do algoritmo FOC para equilibrar substancialmente a corrente de saída entre os módulos de conversor modular paralelo calculado. Cláusula 15. O método da cláusula 13, em que o algoritmo de controle de motor compreende um algoritmo de controle de tensão por frequência. Cláusula 16. O método da cláusula 11, em que modificar o sinal de entrada para um ou mais dos módulos de conversor modular paralelo calculado com o equilibrador de carga compreende modificar o sinal de entrada com um controlador proporcional integral derivativo (PID). Cláusula 17. O método da cláusula 16, em que um erro para o controlador PID compreende uma diferença entre uma corrente de saída dos módulos de conversor modular paralelo calculado, e em que modificar o sinal de entrada para um ou mais dos módulos de conversor modular paralelo calculado com o equilibrador de carga compreende o controlador PID modificar a entrada para um ou mais dos módulos de conversor modular paralelo calculado para reduzir o erro. Cláusula 18. O método da cláusula 11, compreendendo adicionalmente: calcular uma carga ideal entre os módulos de conversor modular paralelo calculado necessários para energizar a primeira carga com o equilibrador de carga; e modificar o sinal de entrada para um ou mais dos módulos de conversor modular paralelo calculado com o equilibrador de carga de modo que a saída de cada um dos módulos de conversor modular paralelo calculado seja aproximadamente igual à carga ideal. Cláusula 19. O método da cláusula 18, em que o equilibrador de carga compreende um controlador PID, em que um erro para o controlador PID compreende uma diferença entre uma corrente de saída de cada um dos módulos de conversor modular paralelo calculado e a carga ideal, e em que modificar o sinal de entrada para um ou mais dos módulos de conversor modular paralelo calculado com o equilibrador de carga compreende o controlador PID modificar a entrada para um ou mais dos módulos de conversor modular paralelo calculado para reduzir o erro. Cláusula 20. O método da cláusula 11, compreendendo adicionalmente: prover um ou mais algoritmos de controle de motor para os módulos de conversor modular paralelo calculado, e em que modificar o sinal de entrada para um ou mais dos módulos de conversor modular paralelo calculado com o equilibrador de carga compreende modificar o um ou mais algoritmos de controle de motor.
[0088] Enquanto várias modalidades possíveis são descritas acima, modalidades da presente descrição não estão limitadas assim. Por exemplo, enquanto várias configurações possíveis foram descritas para os componentes do conversor de módulo paralelo, outras configurações e componentes adequados podem ser selecionados sem fugir do espírito da descrição. O equilibrador de carga 1505 é representado como um controlador separado, por exemplo; entretanto, o equilibrador de carga 1505 poderia também ser incorporado em um controlador existente (por exemplo, o controlador do sistema 1035) para diminuir o número de componentes separados no sistema. Em adição, a localização e a configuração usadas para várias funcionalidades das modalidades da presente descrição tais como, por exemplo, o número de módulos, os tipos de equipamentos eletrônicos usados, etc. podem ser variados de acordo com uma particular aeronave ou aplicação que necessita de uma leve variação devido, por exemplo, ao tamanho ou a construção da aeronave, ou restrições de peso ou energia. Tais alterações estão intencionadas de ser incorporadas dentro do escopo desta descrição.
[0089] As configurações específicas, a escolha de materiais, e o tamanho e a forma de vários elementos podem ser variados de acordo com restrições ou especificações de projeto particulares que necessitam de um dispositivo, sistema, ou método construído de acordo com os princípios desta descrição. Tais alterações estão intencionadas de ser incorporadas dentro do escopo desta descrição. As modalidades atualmente descritas, portanto, são consideradas em todos os sentidos para ser ilustrativas e não restritivas. O escopo da descrição é indicado pelas reivindicações anexas, em vez de a seguinte descrição, e todas as alterações que estão dentro do significado e faixa de equivalentes da mesma são intencionados de ser incorporados aqui.

Claims (16)

1. Conversor de módulo paralelo (300) compreendendo: um primeiro módulo de conversor modular paralelo (100, 200) configurado para prover uma primeira saída de corrente alternada (CA) e conectado com um barramento de comunicações de módulo; e um segundo módulo de conversor modular paralelo (100, 200) configurado para prover uma segunda saída de CA e conectado com o barramento de comunicações de módulo; caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um controlador de lógica mestre (320) configurado para atribuir o primeiro módulo de conversor modular paralelo (415-1) e do segundo módulo de conversor de módulo paralelo (415-2) a uma primeira carga (420); um controlador de comunicações mestre (315) conectado com o barramento de comunicações de módulo e configurado para rotear mensagens entre o controlador lógico mestre (320) para rotear e o primeiro módulo de conversor modular paralelo (415-1) e o segundo módulo de conversor modular paralelo (415-2), pelo qual um valor de compartilhamento de carga ideal calculado é aplicado para controlar a primeira saída CA e para a segunda saída CA; e um equilibrador de carga (1505) conectado a uma respectiva entrada e uma respectiva saída de cada um do primeiro módulo de conversor modular paralelo e do segundo módulo de conversor modular paralelo, em que o equilibrador de carga (1505) é configurado para: determinar, em resposta à aplicação do valor de compartilhamento de carga ideal calculado, que existe um desequilíbrio entre a primeira saída CA e a segunda saída CA; e modificar, em resposta à determinação de que o desequilíbrio existe, um modo de controle associado para um ou ambos o primeiro módulo conversor modular paralelo (415-1) e o segundo módulo conversor paralelo (415-2) para, assim, equalizar a primeira saída CA e o segunda saída AC; um sistema de controle de motor (1020) configurado para gerar um ou mais sinais de controle; e uma rede de comutação de controle (1025) que compreende uma pluralidade de elementos de comutação e configurada para transmitir um primeiro sinal de controle ao primeiro módulo conversor modular paralelo (415-1) e ao segundo módulo conversor modular paralelo (415-2) quando acoplado com a primeira carga (420).
2. Conversor de módulo paralelo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que determinar o primeiro módulo de conversor modular paralelo (415-1) e o segundo módulo de conversor modular paralelo (415-2) para alimentar uma primeira carga compreende colocar o primeiro módulo de conversor modular paralelo (415-1) e o segundo módulo de conversor modular paralelo (415-2) em paralelo usando uma rede de comutação de energia.
3. Conversor de módulo paralelo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um terceiro módulo de conversor modular paralelo (415-3) configurado para prover um terceiro sinal de saída de CA e conectado com o barramento de comunicações de módulo, em que determinar o primeiro módulo de conversor modular paralelo (415-1) e o segundo módulo de conversor modular paralelo (415-2) para alimentar uma primeira carga compreende colocar o primeiro módulo de conversor modular paralelo, o segundo módulo de conversor modular paralelo, e o terceiro módulo de conversor modular paralelo (415-3) em paralelo usando a rede de comutação de energia e designa a primeira carga para o primeiro módulo de conversor modular paralelo, o segundo módulo de conversor modular paralelo, e o terceiro módulo de conversor modular paralelo; e em que modificar um modo de controle para um ou ambos os primeiro módulo de conversor modular paralelo (415-1) e o segundo módulo de conversor modular paralelo (415-2) compreende modificar o modo de controle associado para um ou mais dentre o primeiro módulo conversor modular paralelo, o segundo módulo conversor modular paralelo e o terceiro módulo conversor modular paralelo (415-3) para, desse modo, equalizar a primeira saída CA, a segunda saída CA, e a terceira saída CA.
4. Conversor de módulo paralelo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a primeira saída CA, a segunda saída CA e a terceira saída CA compreendem o equilíbrio das respectivas correntes de saída do primeiro módulo conversor modular paralelo (415-1), do segundo módulo de conversor modular paralelo (415-2) e o terceiro módulo de conversor modular paralelo (415-3).
5. Conversor de módulo paralelo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o modo de controle associado compreende um modo de controle orientado por campo (FOC), e em que equilibrar as respectivas correntes de saída compreende modificar um sinal de modulação de largura de pulso (PWM) para um ou mais do primeiro módulo de conversor modular paralelo (415-1), do segundo módulo de conversor modular paralelo (415-2), e do terceiro módulo de conversor modular paralelo (415-3).
6. Método para equilibrar saídas entre uma pluralidade de módulos de conversor modular paralelo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, o método caracterizado pelo fato de que compreende: receber (1405), em um controlador de sistema, uma solicitação de um controlador de veículo para energizar uma primeira carga; calcular (1410), usando um equilibrador de carga (1505) acoplado ao controlador de sistema, um primeiro um número de módulos de conversor modular paralelo suficiente para energizar a primeira carga com um equilibrador de carga; colocar, usando um controlador lógico mestre (320) acoplado com o equilibrador de carga (1505), o primeiro número de módulos selecionados de uma pluralidade de módulos de conversor modular paralelo em paralelo; configurar, em resposta a um primeiro sinal de controle do controlador de sistema, uma rede de comutação de controle (1025) para transmitir, de uma pluralidade de sinais de controle recebidos correspondentes a uma pluralidade de modos de controle, um segundo sinal de controle para os módulos selecionados para aplicar um primeiro modo de controle para o mesmo, o primeiro modo de controle selecionado a partir da pluralidade de modos de controle, a rede de comutação de controle (1025) compreendendo uma pluralidade de elementos de comutação e dispostos entre o controlador de sistema e o equilibrador de carga (1505); sensorear, usando o equilibrador de arga (1505), uma respectiva saída de cada um dos módulos selecionados; e modificar, usando o balanceador de carga (1505) e ao determinar que existe um desequilíbrio entre as respectivas saídas dos módulos selecionados, o primeiro modo de controle para um ou mais dos módulos individuais dos módulos selecionados para equalizar as saídas dos módulos selecionados.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: calcular (1415), utilizando o equilibrador de carga (1505), uma carga ideal compartilhando valores para aplicar a cada um dos módulos selecionados; em que modificar o primeiro modo de controle para um ou mais módulos individuais dos módulos selecionados compreende modificar um sinal de entrada para um ou mais dos módulos selecionados de modo que a saída de cada um dos módulos selecionados seja igual ao valor de compartilhamento de carga ideal calculado.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que modificar o sinal de entrada opera para sincronizar as respectivas correntes de saída para cada um dos módulos selecionados.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o modo de controle de motor compreende um modo de controle orientado por campo (FOC), e em que modificar (1435) os sinais de entrada compreende modificar um sinal de modulação de largura de pulso (PWM) do modo FOC para assim equilibrar a respectiva corrente de saída.
10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o primeiro modo de controle compreende um modo de controle de tensão por frequência.
11. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que modificar o primeiro modo de controle para um ou mais dos módulos individuais dos módulos selecionados compreende modificar um sinal de entrada com um controlador proporcional integral derivativo (PID) do equilibrador de carga (1505).
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que um erro para o controlador PID compreende uma diferença entre correntes de saída dos módulos selecionados, e em que modificar o primeiro modo de controle para um ou mais dos módulos selecionados compreende o controlador PID modificar o sinal de entrada para um ou mais dos módulos selecionados para reduzir o erro.
13. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: calcular, ao determinar que um requisito de energia da primeira carga mudou, um segundo número de módulos de conversor modular paralelo que é suficiente para alimentar a primeira carga, em que o segundo número de módulos é menor que o primeiro número de módulos; e remover, de acordo com o segundo número de módulos, pelo menos um módulo do primeiro número de módulos colocados em paralelo; e reconfigurar a rede de comutação de controle (1025) de modo que o segundo sinal de controle não seja mais transmitido para o pelo menos um módulo removido.
14. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o equilibrador de carga (1505) compreende um controlador proporcional integral derivativo (PID), em que um erro para o controlador PID compreende uma diferença entre correntes de saída dos módulos selecionados e o valor compartilhado de carga ideal, e em que o controlador PID modificar o sinal de entrada para um ou mais dos módulos selecionados para assim reduzir o erro.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: reconfigurar a rede de comutação de controle (1025) para transmitir um terceiro sinal de controle da pluralidade de sinais de controle recebidos para o pelo menos um módulo removido para aplicar um segundo modo de controle ao mesmo, o segundo modo de controle selecionado a partir da pluralidade de modos de controle para alimentar uma segunda carga.
16. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que determinar que um desequilíbrio existe entre as respectivas saídas dos módulos selecionados compreende: determinar que uma primeira temperatura operacional de um primeiro módulo selecionado é maior do que uma segunda temperatura operacional de um segundo módulo selecionado.
BR102015024967-5A 2014-09-30 2015-09-29 Conversor de módulo paralelo, e, método para equilibrar saídas entre uma pluralidade de módulos de conversor modular paralelo BR102015024967B1 (pt)

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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9997916B2 (en) 2015-12-29 2018-06-12 International Business Machines Corporation Continuously balancing multiple phases of a power grid
US9991778B2 (en) 2016-02-29 2018-06-05 The Boeing Company Balancing current within a modular converter system
CN106100507A (zh) * 2016-07-04 2016-11-09 南京埃斯顿自动控制技术有限公司 一种模块化并联驱动系统及其控制方法
US10454393B2 (en) * 2016-07-25 2019-10-22 The Boeing Company Balancing current within a parallel modular converter system
WO2018061552A1 (ja) * 2016-09-29 2018-04-05 日本電産株式会社 モータシステム、解析装置、および電気製品
CN107196572B (zh) * 2017-07-25 2019-06-11 温州大学 一种基于永磁同步电机转子初始位置检测装置及方法
US10608438B2 (en) * 2018-04-17 2020-03-31 The Boeing Company Electrical power generation system and method for aircraft
CN109591650B (zh) * 2018-11-20 2021-04-13 恒大智慧充电科技有限公司 充电功率动态调控方法、计算机设备及存储介质
CN110620446B (zh) * 2019-09-10 2020-12-15 浙江大学 两模块无线充电系统的单极性spwm电流控制方法
US11228244B2 (en) * 2019-09-25 2022-01-18 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Power converter supporting multiple high dl/dt loads
EP3913785A1 (en) 2020-05-20 2021-11-24 Goodrich Control Systems Distributed current balancing control
US11368119B2 (en) * 2020-06-03 2022-06-21 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Motor current balancing method for ESP system
CN112636331B (zh) * 2020-12-04 2022-06-03 山东大学 智能电网的动态经济调度分布式优化方法及系统
DE102020215777A1 (de) 2020-12-14 2022-06-15 Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg Anschlussvorrichtung für ein elektrisches Antriebssystem, elektrisches Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems
EP4047809A1 (en) 2021-02-22 2022-08-24 Hamilton Sundstrand Corporation Control distribution architecture
EP4068602A1 (de) * 2021-03-30 2022-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Kondensatorvorrichtung, umrichtermodul mit kondensatorvorrichtung, umrichtersystem mit umrichtermodul und austauschverfahren für umrichtersystem
CN112981515B (zh) * 2021-05-06 2021-09-14 四川英创力电子科技股份有限公司 一种电流调控方法
CN113177267B (zh) * 2021-05-26 2022-08-23 浙江大学 一种基于改进模糊pid的全流程多学科建模方法
KR102669654B1 (ko) * 2022-10-04 2024-05-28 (주)베러셀 대용량 병렬 전력변환장치의 평균 전류값 전송장치

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2834201B2 (ja) * 1989-08-11 1998-12-09 株式会社日立製作所 電力供給システム
CN101047711B (zh) 2006-04-27 2010-08-18 华为技术有限公司 Ip报文传输、协商带宽节省能力和节省网络带宽的方法
FR2900635B1 (fr) 2006-05-05 2008-07-25 Hispano Suiza Sa Systeme d'alimentation et de commande d'equipements electriques d'un moteur d'aeronef ou de son environnement
US7615892B2 (en) * 2006-11-09 2009-11-10 Honeywell International Inc. Modular and scalable power conversion system for aircraft
US8059436B2 (en) * 2006-12-07 2011-11-15 Northern Power Systems, Inc. Modular power converters usable alone or in a multiphase power converter
US8125164B2 (en) * 2008-07-18 2012-02-28 The Boeing Company Parallel motor controller architecture
US20100121511A1 (en) * 2008-10-07 2010-05-13 Boston-Power, Inc. Li-ion battery array for vehicle and other large capacity applications
CN201369684Y (zh) * 2009-01-23 2009-12-23 西南交通大学 三相逆变电源分相pi比例积分控制装置
US8552589B2 (en) * 2010-05-14 2013-10-08 Schneider Electric It Corporation Digital control method for operating the UPS systems in parallel
WO2014025734A2 (en) 2012-08-09 2014-02-13 Danfoss Power Electronics A/S Modular inverter drive
US9325170B2 (en) * 2013-02-01 2016-04-26 Hamilton Sundstrand Corporation Matrix-based power distribution architecture
US9130482B2 (en) * 2013-02-20 2015-09-08 Infineon Technologies Ag Pseudo zero vectors for space vector modulation and enhanced space vector modulation
US9960707B2 (en) 2014-08-29 2018-05-01 Enphase Energy, Inc. Parallel power converter

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Publication number Publication date
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JP6725229B2 (ja) 2020-07-15
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