BR102015025570B1 - DC-DC conversion system for high power to medium or high voltage applications - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE CONVERSÃO CC-CC PARA APLICAÇÕES DE ALTA POTÊNCIA EM MÉDIA OU ALTA TENSÃO. A presente invenção está relacionada a um conversor CC-CC para sistemas de elevada potência em média ou alta tensão e com isolação galvânica entre os terminais de entrada para os terminais de saída. Nesse cenário, a presente invenção provê um sistema de conversão CC-CC para aplicações de alta potência em média ou alta tensão, compreendendo um circuito inversor (4) para converter uma tensão contínua para uma tensão alternada, um transformador (5) com pelo menos duas fases, e pelo menos um circuito retificador (6) para converter a tensão CA de saída do transformador (5) em uma tensão CC, em que o primário do transformador (5) é conectado na saída do circuito inversor (4) e o secundário do transformador (5) é conectado na entrado do circuito retificador (6). Dessa forma, o sistema da presente invenção é capaz de elevar ou abaixar tensões CC em aplicações de alta potência, de modo a reduzir ou eliminar alguns mecanismos de perdas, como por exemplo as perdas em virtude do efeito Joule ou devido às correntes parasitas. Adicionalmente, o sistema provido é capaz de operar com transformador multifásico em médias frequências, possibilitando redução do volume e do (...).DC-DC CONVERSION SYSTEM FOR HIGH POWER APPLICATIONS IN MEDIUM OR HIGH VOLTAGE. The present invention is related to a DC-DC converter for high power systems in medium or high voltage and with galvanic isolation between the input terminals to the output terminals. In this scenario, the present invention provides a DC-DC conversion system for high power to medium or high voltage applications, comprising an inverter circuit (4) to convert a direct voltage to an alternating voltage, a transformer (5) with at least two phases, and at least one rectifier circuit (6) for converting the AC output voltage of the transformer (5) into a DC voltage, wherein the transformer primary (5) is connected to the output of the inverter circuit (4) and the transformer secondary (5) is connected to the rectifier circuit input (6). In this way, the system of the present invention is capable of raising or lowering DC voltages in high power applications, in order to reduce or eliminate some loss mechanisms, such as losses due to the Joule effect or due to eddy currents. Additionally, the system provided is capable of operating with a multiphase transformer at medium frequencies, allowing a reduction in volume and (...).
Description
[0001] A presente invenção está relacionada a tecnologias de conversão de tensão de corrente contínua (CC) para aplicações de alta potência. Mais particularmente, a presente invenção está relacionada a conversores eletrônicos multiníveis isolados para o processamento de energia no formato de corrente contínua com aplicação em sistemas isolados ou ramificados para a transmissão, distribuição ou atendimento de cargas únicas.[0001] The present invention is related to direct current (DC) voltage conversion technologies for high power applications. More particularly, the present invention relates to isolated multilevel electronic converters for the processing of energy in the form of direct current with application in isolated or branched systems for the transmission, distribution or service of single loads.
[0002] Os sistemas de elevada potência utilizam-se da elevação da tensão na fonte para que a corrente elétrica transmitida possua uma menor magnitude durante a transmissão da energia elétrica de um ponto a outro. A principal vantagem dessa estratégia é que o processo se torna mais eficiente, pois as perdas por efeito Joule nas linhas se reduzem com a redução da magnitude da corrente transmitida.[0002] High power systems use the voltage increase at the source so that the transmitted electric current has a smaller magnitude during the transmission of electric energy from one point to another. The main advantage of this strategy is that the process becomes more efficient, as the Joule effect losses in the lines are reduced with the reduction of the magnitude of the transmitted current.
[0003] Além disso, a viabilidade do projeto aumenta em função da redução do material necessário para os condutores em aplicações com corrente reduzida. Essa redução de material implica na redução do peso das linhas e, consequentemente, da estrutura mecânica eventualmente necessária para suportar e guiar as ditas linhas, simplificando e diminuindo custos com a parte estrutural do projeto.[0003] In addition, the feasibility of the project increases due to the reduction of the material needed for the conductors in applications with reduced current. This material reduction implies the reduction of the weight of the lines and, consequently, of the mechanical structure eventually necessary to support and guide the said lines, simplifying and reducing costs with the structural part of the project.
[0004] A técnica de transmissão de energia elétrica com altas tensões mais usual é a transmissão na forma de corrente alternada (CA). Nos sistemas de transmissão CA, o elemento responsável pela mudança da magnitude da tensão é o transformador.[0004] The most common technique of transmission of electrical energy with high voltages is the transmission in the form of alternating current (AC). In AC transmission systems, the element responsible for changing the voltage magnitude is the transformer.
[0005] Contudo, a escolha pela forma de corrente alternada nem sempre é a melhor opção tanto do ponto de vista técnico quanto do ponto de vista econômico. Sabe-se que a variação temporal da tensão causa o surgimento de correntes parasitas no sistema. Para linhas de transmissão, a presença de correntes parasitas associadas à linha de transmissão de energia na forma de corrente alternada aumenta com a distância da linha. Por consequência, a circulação de energia reativa também aumenta, fato que exige a inserção de filtros passivos ou ativos para controlar ou reduzir a circulação de reativos na linha e à utilização de compensadores estáticos ou dinâmicos de reativos. A circulação de reativos limita a transmissão de energia e pode resultar em sobretensões na linha para a mesma quando a vazio.[0005] However, the choice of alternating current is not always the best option both from a technical point of view and from an economic point of view. It is known that the temporal variation of the voltage causes the appearance of eddy currents in the system. For transmission lines, the presence of eddy currents associated with the power transmission line in the form of alternating current increases with distance from the line. As a result, the circulation of reactive energy also increases, which requires the insertion of passive or active filters to control or reduce the circulation of reactive in the line and the use of static or dynamic reactive compensators. The circulation of reactives limits the transmission of energy and can result in overvoltages in the line to the same when empty.
[0006] A elevação da tensão a vazio, ou a limitação do fluxo de potência ativa que ocorre nos sistemas em corrente alternada devido à presença dos elementos parasitas, não ocorre para condições de regime permanente nos sistemas de transmissão e distribuição em corrente contínua. Isto porque, para que seus efeitos sejam presenciados, esses elementos dependem de variações temporais nas grandezas elétricas de corrente ou tensão, as quais não existem durante regime permanente em um sistema de corrente contínua.[0006] The no-load voltage increase, or the active power flow limitation that occurs in alternating current systems due to the presence of parasitic elements, does not occur for steady-state conditions in direct current transmission and distribution systems. This is because, for their effects to be witnessed, these elements depend on temporal variations in the electrical quantities of current or voltage, which do not exist during steady state in a direct current system.
[0007] Além dos aspectos relativos à transmissão de energia, o fornecimento de energia elétrica na forma de corrente contínua pode ser favorável em cenários onde a maior parcela das cargas possa ser alimentada diretamente com corrente contínua. Esse é o caso, por exemplo, de máquinas elétricas que são alimentadas por acionadores de velocidade variável, onde os acionadores podem utilizar conversores CC-CA de único estágio ao invés de conversores CA-CA diretos ou indiretos através de uma etapa CC.[0007] In addition to the aspects related to energy transmission, the supply of electric energy in the form of direct current can be favorable in scenarios where most of the loads can be fed directly with direct current. This is the case, for example, for electrical machines that are powered by variable speed drives, where the drives can use single-stage DC-AC converters instead of direct or indirect AC-AC converters via a DC step.
[0008] Para viabilizar a transmissão e distribuição de energia em corrente contínua, muitas vezes há a necessidade de um elemento que realize a conversão do nível de tensão da transmissão para o nível de tensão da distribuição.[0008] To enable the transmission and distribution of energy in direct current, there is often a need for an element that performs the conversion of the transmission voltage level to the distribution voltage level.
[0009] Todavia, a construção de conversores eletrônicos para a conversão entre um nível e outro de tensão contínua esbarra em uma série de dificuldades. Essas dificuldades vão desde limitações tecnológicas dos elementos semicondutores disponíveis, até limitações térmicas ou de volume utilizando técnicas já conhecidas.[0009] However, the construction of electronic converters for the conversion between one level of direct voltage and another faces a series of difficulties. These difficulties range from technological limitations of the available semiconductor elements, to thermal or volume limitations using already known techniques.
[0010] Algumas alternativas para a conversão CC-CC em alta potência e com possibilidade de operação em média ou alta tensão são conhecidas do estado da técnica. Essas soluções estão baseadas principalmente no uso de submódulos em série de maneira a formar braços tal como no Conversor Modular Multiníveis (MMC).[0010] Some alternatives for the DC-DC conversion in high power and with the possibility of operation in medium or high voltage are known from the state of the art. These solutions are mainly based on the use of submodules in series to form arms such as in the Multilevel Modular Converter (MMC).
[0011] No caso das soluções isoladas apresentadas, para obter a bidirecionalidade do fluxo de potência são utilizados conversores controlados tanto no estágio inversor quanto no estágio retificador. Embora uma solução bidirecional aumente a versatilidade do uso do conversor, nem sempre esse tipo de solução é necessário. Além do mais, no caso das soluções com fluxo de potência bidirecional, a complexidade e os custos geralmente são maiores do que os obtidos em uma solução unidirecional.[0011] In the case of the isolated solutions presented, to obtain the bidirectionality of the power flow, controlled converters are used both in the inverter stage and in the rectifier stage. Although a bidirectional solution increases the versatility of using the converter, this type of solution is not always necessary. Furthermore, in the case of solutions with bidirectional power flow, the complexity and costs are generally greater than those obtained with a unidirectional solution.
[0012] Um exemplo de conversor CC-CC com base na topologia MMC é revelado no documento WO2013075735. Este documento revela um conversor de potência CC-CC de alta tensão acionado por conversores modulares multiníveis (MMC) em ambos os estágios de conversão com fluxo de potência bidirecional. A solução descrita neste documento é estritamente focada em baixas frequências, tal como 50 ou 60 Hz. Além disso, sabe-se que os transformadores de alta tensão que operam com baixas frequências possuem grandes volumes e pesos.[0012] An example of a DC-DC converter based on the MMC topology is disclosed in WO2013075735. This document discloses a high voltage DC-DC power converter driven by multilevel modular converters (MMC) in both conversion stages with bidirectional power flow. The solution described in this document is strictly focused on low frequencies, such as 50 or 60 Hz. In addition, it is known that high voltage transformers operating at low frequencies have large volumes and weights.
[0013] Estas limitações acabam por ser impeditivas na implementação de conversores CC-CC de alta potência, uma vez que o aumento das dimensões do transformador no sistema possui grande impacto no custo de produção e implementação dos conversores, impactando diretamente na viabilidade da implementação.[0013] These limitations turn out to be impeditive in the implementation of high power DC-DC converters, since the increase in the dimensions of the transformer in the system has a great impact on the cost of production and implementation of the converters, directly impacting the feasibility of the implementation.
[0014] O documento CN102882379 descreve um conversor CC-CC para entrada de alta potência e ampla possibilidade de tensões, em que o conversor compreende várias unidades básicas, tais como transformador de pulso de alta frequência, um díodo, um transistor bipolar de porta isolada (IGBT) e um Flyback.[0014] The document CN102882379 describes a DC-DC converter for high power input and wide range of voltages, in which the converter comprises several basic units, such as a high frequency pulse transformer, a diode, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a Flyback.
[0015] Entretanto, o conversor descrito neste documento utiliza conversores usualmente adotados em baixas potências (-100W) associados para a construção de estruturas com capacidade de processar tensões de entrada elevadas, mas menores que 1kV. Assim, a faixa de potência em que este conversor pode ser aplicado não é alta o bastante para aplicações onde é requerida altas tensões na conversão CC-CC para sistemas de alta potência.[0015] However, the converter described in this document uses converters usually adopted in low powers (-100W) associated with the construction of structures capable of processing high input voltages, but less than 1kV. Thus, the power range in which this converter can be applied is not high enough for applications where high voltages are required in the DC-DC conversion for high power systems.
[0016] Sendo assim, carece-se de uma solução para implementar um conversor CC-CC de alta potência capaz de operar com um transformador multifásico de médias frequência.[0016] Therefore, there is a lack of a solution to implement a high power DC-DC converter capable of operating with a medium frequency multiphase transformer.
[0017] Como será melhor detalhado abaixo, a presente invenção visa à solução dos problemas do estado da técnica acima descritos de forma prática e eficiente.[0017] As will be better detailed below, the present invention aims to solve the problems of the state of the art described above in a practical and efficient way.
[0018] Um primeiro objetivo da presente invenção é o de prover um sistema de conversão CC-CC de alta potência para prover uma saída de alta tensão com baixas perdas por efeito Joule.[0018] A first objective of the present invention is to provide a high power DC-DC conversion system to provide a high voltage output with low Joule effect losses.
[0019] Um segundo objetivo da presente invenção é o de prover um sistema de conversão CC-CC de alta potência capaz de operar com transformadores multifásicos operando em médias frequências, de modo a diminuir as dimensões dos conectores e do transformador.[0019] A second objective of the present invention is to provide a high power DC-DC conversion system capable of operating with multiphase transformers operating at medium frequencies, in order to reduce the dimensions of the connectors and the transformer.
[0020] Um terceiro objetivo da presente invenção é o de prover um sistema de conversão CC-CC de alta potência compreendendo dispositivos de eletrônica de potência de tamanho reduzido, de modo que a operação do sistema seja controlada por baixas tensões, diminuindo as perdas internas do circuito.[0020] A third objective of the present invention is to provide a high power DC-DC conversion system comprising power electronic devices of reduced size, so that the system operation is controlled by low voltages, reducing internal losses. of the circuit.
[0021] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um sistema de conversão CC-CC para aplicações de alta potência em média ou alta tensão, compreendendo um circuito inversor multinível para converter uma tensão contínua para uma tensão alternada, um transformador apropriadamente trifásico mas no mínimo bifásico, e pelo menos um circuito retificador para converter a tensão CA de saída do transformador em uma tensão CC, em que o primário do transformador é conectado na saída do circuito inversor e o secundário do transformador é conectado à entrada do circuito retificador.[0021] In order to achieve the objectives described above, the present invention provides a DC-DC conversion system for high power applications in medium or high voltage, comprising a multilevel inverter circuit to convert a direct voltage to an alternating voltage, a suitably three-phase but at least two-phase transformer, and at least one rectifier circuit to convert the AC output voltage of the transformer to a DC voltage, wherein the transformer primary is connected to the output of the inverter circuit and the transformer secondary is connected to the input of the rectifier circuit.
[0022] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência, representando as modalidades da presente invenção.[0022] The detailed description presented below makes reference to the attached figures and their respective reference numbers, representing the embodiments of the present invention.
[0023] A figura 1 ilustra os estágios que o conversor utiliza para a conversão de um nível de tensão contínua Vi em outro nível de tensão contínua V2.[0023] Figure 1 illustrates the stages that the converter uses to convert a DC voltage level Vi into another DC voltage level V2.
[0024] A figura 2 ilustra uma versão em diagrama dos principais elementos da invenção para a configuração onde os retificadores de seis pulsos, presentes no retificador multipulsos, são conectados em série.[0024] Figure 2 illustrates a diagrammatic version of the main elements of the invention for the configuration where the six-pulse rectifiers, present in the multi-pulse rectifier, are connected in series.
[0025] A figura 3 ilustra uma versão em diagrama dos principais elementos da invenção para a configuração onde os retificadores de seis pulsos, presentes no retificador multipulsos, são conectados em paralelo.[0025] Figure 3 illustrates a diagrammatic version of the main elements of the invention for the configuration where the six-pulse rectifiers, present in the multi-pulse rectifier, are connected in parallel.
[0026] A figura 4 ilustra uma versão em diagrama dos principais elementos da invenção para a configuração com múltiplas saídas e um único transformador defasador.[0026] Figure 4 illustrates a diagrammatic version of the main elements of the invention for the configuration with multiple outputs and a single phase-shifting transformer.
[0027] A figura 5 ilustra uma concretização da invenção composta por um inversor com a topologia denominada conversor modular multiníveis (MMC), constituída por dois submódulos meia ponte por semi-braço, e um retificador de doze pulsos do tipo série.[0027] Figure 5 illustrates an embodiment of the invention composed of an inverter with the topology called modular multilevel converter (MMC), consisting of two half-bridge submodules per half-arm, and a series-type twelve-pulse rectifier.
[0028] A figura 6 ilustra a estrutura genérica de um retificador de seis pulsos.[0028] Figure 6 illustrates the generic structure of a six-pulse rectifier.
[0029] A figura 7 ilustra a estrutura de um retificador de seis pulsos controlado através de tiristores.[0029] Figure 7 illustrates the structure of a six-pulse rectifier controlled by thyristors.
[0030] A figura 8 ilustra a estrutura de um retificador de seis pulsos controlado com configuração mista, onde há a presença de tiristores e diodos.[0030] Figure 8 illustrates the structure of a six-pulse rectifier controlled with mixed configuration, where there is the presence of thyristors and diodes.
[0031] A figura 9 ilustra um diagrama genérico de um transformador defasador ligado em um retificador de doze pulsos do tipo série.[0031] Figure 9 illustrates a generic diagram of a phase-shift transformer connected to a series-type twelve-pulse rectifier.
[0032] A figura 10 ilustra um diagrama genérico de um transformador defasador ligado em um retificador de dezoito pulsos do tipo série.[0032] Figure 10 illustrates a generic diagram of a phase-shift transformer connected to a series-type eighteen-pulse rectifier.
[0033] A figura 11 ilustra as formas de onda de tensão e corrente no primário do transformador para o caso de retificador de doze pulsos com transformador YYD e saída conectada em série.[0033] Figure 11 illustrates the voltage and current waveforms in the transformer primary for the case of a twelve-pulse rectifier with YYD transformer and series-connected output.
[0034] A figura 12 ilustra as formas de onda de tensão e corrente no secundário conectado em estrela do transformador para o caso ideal de retificador de doze pulsos transformador YYD e saída conectada em série.[0034] Figure 12 illustrates the voltage and current waveforms in the star-connected secondary of the transformer for the ideal case of twelve-pulse rectifier YYD transformer and series-connected output.
[0035] A figura 13 ilustra as formas de onda de tensão e corrente no secundário conectado em delta do transformador para o caso ideal de retificador de doze pulsos transformador YYD e saída conectada em série.[0035] Figure 13 illustrates the voltage and current waveforms in the delta-connected secondary of the transformer for the ideal case of twelve-pulse rectifier YYD transformer and series-connected output.
[0036] A figura 14 ilustra as formas de onda de tensão na saída do conversor para o caso de retificador de doze pulsos com transformador YYD e saída conectada em série.[0036] Figure 14 illustrates the voltage waveforms at the output of the converter for the case of a twelve-pulse rectifier with YYD transformer and output connected in series.
[0037] A figura 15 ilustra as formas de onda de tensão e corrente no secundário conectado em estrela do transformador para o caso de retificador de doze pulsos com transformador YYD e saída conectada em série, porém com diferentes valores dos parâmetros indutância em série com o transformador ou capacitâncía de saída.[0037] Figure 15 illustrates the voltage and current waveforms in the star-connected secondary of the transformer for the case of a twelve-pulse rectifier with YYD transformer and series-connected output, but with different values of the inductance parameters in series with the transformer or output capacitance.
[0038] A figura 16 ilustra as formas de onda de corrente no primário do transformador para o caso de retificador de doze pulsos com transformador YYD e saída conectada em série, porém com diferentes valores dos parâmetros de indutância em série com o transformador ou capacitâncía de saída.[0038] Figure 16 illustrates the current waveforms in the transformer primary for the case of a twelve-pulse rectifier with YYD transformer and output connected in series, but with different values of the inductance parameters in series with the transformer or capacitance of exit.
[0039] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.[0039] Preliminarily, it is noted that the description that follows will start from a preferred embodiment of the invention. As will be apparent to any person skilled in the art, however, the invention is not limited to that particular embodiment.
[0040] A invenção proposta tem por objetivo realizar a conversão entre diferentes níveis de tensão contínua em sistemas de elevada potência, especialmente, no caso de média e alta tensão, e com isolação galvânica entre os terminais de entrada e saída do sistema. Assim, é proposto um sistema de conversão CC-CC compreendendo um circuito inversor para converter uma tensão contínua em uma tensão de alternada, um transformador com pelo menos duas fases, e pelo menos um circuito retificador para converter a tensão CA de saída do transformador em uma tensão CC, em que o primário do transformador é conectado na saída do circuito inversor e o secundário do transformador é conectado na entrado do circuito retificador.[0040] The proposed invention aims to perform the conversion between different levels of direct voltage in high power systems, especially in the case of medium and high voltage, and with galvanic isolation between the input and output terminals of the system. Thus, a DC-DC conversion system is proposed comprising an inverter circuit to convert a direct voltage into an alternating voltage, a transformer with at least two phases, and at least one rectifier circuit to convert the AC output voltage of the transformer into a DC voltage, in which the transformer primary is connected to the output of the inverter circuit and the transformer secondary is connected to the input of the rectifier circuit.
[0041] A invenção possui grande potencial em redes de distribuição em corrente contínua ou como alimentador em acionamentos de velocidade variável controlados eletronicamente, no último, removendo a necessidade de um estágio retificador. A invenção é ainda vantajosa sempre que houver necessidade de conversão em corrente/tensão contínua em potências da ordem de MW ou kW, onde exista necessidade de isolamento galvânico e que haja diferença considerável entre tensões de entrada e saída. Exemplos de aplicação são, mas não se limitam a, transmissão e distribuição de corrente contínua para aplicações submarinas e distribuição de energia em longas e médias distâncias, em corrente contínua.[0041] The invention has great potential in direct current distribution networks or as a feeder in electronically controlled variable speed drives, in the latter, removing the need for a rectifier stage. The invention is also advantageous whenever there is a need for conversion to direct current/voltage in powers of the order of MW or kW, where there is a need for galvanic isolation and where there is a considerable difference between input and output voltages. Application examples are, but are not limited to, direct current transmission and distribution for subsea applications and long and medium distance power distribution in direct current.
[0042] Um técnico no assunto será capaz de implementar o sistema de conversão acima através das mais diversas combinações de dispositivos elétricos e eletrônicos para formar os circuitos inversor e retificador acima, sendo que as concretizações descritas a seguir possuem apenas fins de ilustrar e exemplificar os conceitos da presente invenção.[0042] A person skilled in the art will be able to implement the above conversion system through the most diverse combinations of electrical and electronic devices to form the inverter and rectifier circuits above, and the embodiments described below are only intended to illustrate and exemplify the concepts of the present invention.
[0043] A Figura 1 ilustra os estágios do sistema de conversão de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção. Para a conversão de um primeiro nível de tensão Vi em um segundo nível de tensão V2, são utilizados dois estágios conectados por uma conexão trifásica 3 em corrente alternada. O primeiro estágio 1 é o responsável pela conversão de corrente contínua em corrente alternada e o segundo estágio 2 realiza a conversão CA-CC.[0043] Figure 1 illustrates the stages of the conversion system according to a preferred embodiment of the present invention. For the conversion of a first voltage level Vi into a second voltage level V2, two stages connected by a three-
[0044] De acordo com a presente invenção, o segundo estágio 2 compreende um transformador 5 e, consequentemente, a maior parcela do ganho de tensão do conversor é obtida no segundo estágio 2 A presença de um transformador 5 no segundo estágio 2 proporciona o isolamento galvânico entre a entrada e saída do sistema.[0044] According to the present invention, the
[0045] A operação dos estágios do sistema de conversão é realizada através da alimentação do circuito retificador 6 com correntes controladas pelo circuito inversor 4. Quando o sistema é operado com correntes senoidais no primário, surgem nas tensões de linha do transformador 5 o número de pulsos relativo ao circuito retificador 6 utilizado. Além disto, mesmo com correntes senoidais no primário, nos secundários também circulam componentes harmônicas que são canceladas pelo circuito retificador 6 utilizado.[0045] The operation of the conversion system stages is performed by supplying the
[0046] A Figura 2 ilustra um diagrama mais detalhado dos elementos do sistema de conversão da presente invenção. Em essência, um circuito inversor 4 recebe uma tensão de entrada CC XA e a converte para uma tensão CA, ligada ao primário do transformador 5. O transformador 5 eleva ou abaixa a tensão CA de acordo com sua relação de espiras no primário e secundário, sendo a tensão CA do secundário conectada a um circuito retificador 6 para converter a tensão, de alta magnitude, novamente para tensão CC V2. Nesta configuração exemplificada, o transformador 5 é um transformador trifásico e é conectado a um dos circuitos retificadores 6 os quais são preferencialmente retificadores de seis pulsos. Na configuração opcional ilustrada na Figura 2, os circuitos retificadores são conectados em série.[0046] Figure 2 illustrates a more detailed diagram of the elements of the conversion system of the present invention. In essence, an
[0047] Opcionalmente, os circuitos retificadores 6 no segundo estágio 2 são conectados em paralelo. A Figura 3 ilustra uma configuração similar à configuração da Figura 2, sendo a única diferença entre as configurações o fato dos circuitos retificadores 6 estarem conectados em paralelo. Opcionalmente, os circuitos retificadores podem ser conectados de maneira mista série ou paralelo.[0047] Optionally,
[0048] O sistema de conversão da presente invenção também pode operar alimentando múltiplas cargas caso seja utilizado um transformador defasador com múltiplas saídas defasadas entre si. A Figura 4 ilustra uma concretização do sistema de conversão onde o transformador é um transformador defasador 10, com n saídas defasadas entre si. Cada saída é conectada a um par de circuitos retificadores 6 conectados em série, produzindo saídas V2 a Vn, sendo Vn a enésima saída. Observa-se que essa variação da presente invenção não possui restrição quanto a conexão dos retificadores de cada uma das saídas, os quais podem ser conectados tanto em série quanto em paralelo.[0048] The conversion system of the present invention can also operate by supplying multiple loads if a phase-shifting transformer is used with multiple out-of-phase outputs. Figure 4 illustrates an embodiment of the conversion system where the transformer is a phase-shifting
[0049] De acordo com a presente invenção, no estágio 1 a conversão CC-CA é realizada pelo circuito inversor 4. Preferencialmente, o circuito inversor 4 é configurado para proporcionar um sistema equilibrado com três correntes alternadas e simétricas impostas na conexão em estrela (Y). Ou seja, as três correntes alternadas possuem mesma magnitude, mesma frequência e qualquer uma das fases estará sempre adiantada de 120° com relação a uma fase e atrasada de 120° com relação a outra. A obtenção das correntes pode ser realizada através do controle das mesmas pelo circuito inversor 4 ou pela inserção de indutores a serem acionados em tensão pelo inversor.[0049] According to the present invention, in
[0050] O valor da frequência para as correntes alternadas alimentadas no primário do transformador 5 é preferencialmente definido com base nos critérios de perdas, peso e volume do transformador e/ou conversor completo. Assim, a frequência das correntes irá depender da aplicação e componentes utilizados, em que a presente invenção tem especial interesse em médias frequências, devido à redução do volume e peso do transformador.[0050] The frequency value for the alternating currents fed into the primary of
[0051] De acordo com a concretização preferencial da presente invenção, o circuito inversor 4 é um circuito inversor com topologia multinível. A principal vantagem da utilização de topologia multinível reside na diminuição da necessidade de filtro de reativos e possibilita reduzir os esforços elétricos no circuito inversor 4 devido à tensão[0051] According to the preferred embodiment of the present invention, the
[0052] É conhecido do estado da técnica que, em vista das limitações tecnológicas dos semicondutores existentes, uma alternativa para possibilitar a operação de um sistema com tensões superiores a tecnologia atual de semicondutores é o uso desses elementos em série ou o uso de conversores classificados como multiníveis. Preferencialmente, a presente invenção propõe a utilização da topologia denominada MMC. A principal vantagem de um MMC é a sua modularidade, a confiabilidade, a escalabilidade e a possibilidade de utilização de componentes de baixa tensão.[0052] It is known from the state of the art that, in view of the technological limitations of existing semiconductors, an alternative to enable the operation of a system with voltages higher than current semiconductor technology is the use of these elements in series or the use of classified converters as multilevel. Preferably, the present invention proposes the use of the so-called MMC topology. The main advantage of an MMC is its modularity, reliability, scalability and the possibility of using low voltage components.
[0053] De acordo com a concretização preferencial da presente invenção, o segundo estágio 2 do sistema de conversão é composto por um transformador 5 e um circuito retificador 6. Preferencialmente, o transformador é um transformador defasador trifásico 5 e o circuito retificador é um retificador de seis pulsos 6. Para o segundo estágio 2 também se aplicam variações das grandezas elétricas e potência processada pelo conversor, assim, o número de pulsos necessários, ou a conexão em série ou paralela dos retificadores, são variáveis que dependem das especificações de projeto e que estão limitadas pela tecnologia existente.[0053] According to the preferred embodiment of the present invention, the
[0054] Em uma primeira análise, observa-se que a conexão em série dos retificadores 6 reduz a tensão de bloqueio dos semicondutores das pontes retificadoras de seis pulsos, entretanto, todos os retificadores devem suportar a corrente total da saída. Já a operação com conexão dos retificadores de seis pulsos em paralelo permite a divisão da corrente de saída do conversor, mas, os retificadores de seis pulsos deverão suportar a tensão total da saída.[0054] In a first analysis, it is observed that the series connection of
[0055] Uma vez que o conversor seja trifásico e opere de modo equilibrado, a potência drenada através da conexão Vi é idealmente constante. Contudo, devido a não idealidades ou aspectos intrínsecos ao funcionamento da topologia de inversor utilizada, podem haver pulsos de alta frequência ou ondulação em baixa frequência na conexão Vv O mesmo pode ocorrer na conexão V2.[0055] Since the converter is three-phase and operates in a balanced way, the power drawn through the Vi connection is ideally constant. However, due to non-idealities or aspects intrinsic to the operation of the inverter topology used, there may be high frequency pulses or low frequency ripples in the Vv connection. The same can occur in the V2 connection.
[0056] Para os casos específicos onde há restrições impostas pelos circuitos adjacentes conectados através das tensões Vi ou V2] a presente invenção propõe a inserção de filtros 7, 8 nas conexões de entrada e saída do sistema. Para o caso de filtrar a entrada, o filtro deve ser adicionado em paralelo à entrada do sistema 7 e, no caso da saída, em paralelo à saída do sistema 8.[0056] For specific cases where there are restrictions imposed by adjacent circuits connected through voltages Vi or V2] the present invention proposes the insertion of
[0057] Adicionalmente, um dos benefícios da conversão em dois estágios é a possibilidade de realizar a proteção, em caso de falta, através da conexão CA, de modo a proteger sobrecorrentes ou curto-circuitos das saídas em CC. Preferencialmente, a proteção é realizada através do uso de dispositivo de proteção 9, tal como disjuntores CA já estabelecidos no mercado, não havendo distinção de material ou técnica desde que atenda as características do sistema conversor. O dispositivo de proteção 9 pode ser adicionado tanto no lado de interface com o circuito inversor 4 quanto no lado de interface com o circuito retificador 6.[0057] Additionally, one of the benefits of the two-stage conversion is the possibility of carrying out protection, in case of a fault, through the AC connection, in order to protect overcurrents or short circuits of the DC outputs. Preferably, protection is carried out through the use of a
[0058] Além da proteção individual dos circuitos retificadores 6, os dispositivos de proteção 9 preferencialmente atuam em conjunto, ou através de intertravamento, durante uma situação qualquer de falta.[0058] In addition to the individual protection of the
[0059] A Figura 5 ilustra uma concretização exemplar do sistema de conversão da presente invenção. Nesta concretização, o sistema de conversão utiliza um circuito inversor MMC 4 com dois sub-módulos 28 por semi-braço 29 e um retificador de doze pulsos do tipo série, composto por dois retificadores de seis pulsos 6. Opcionalmente, cada semi-braço 29 compreende mais de dois sub- módulos 28 inversores. O sub-módulo 28 do inversor MMC 4 é composto por duas chaves semicondutoras bidirecionais em corrente 11 e um capacitor 12. Especificamente, o primeiro terminal da chave semicondutora superior é conectado a um dos terminais do capacitor, e seu segundo terminal conectado ao primeiro terminal da chave semicondutora inferior e a um dos terminais de conexão do sub- módulo, denominado terminal positivo. O segundo terminal da chave semicondutora inferior é conectado ao outro terminal de conexão do sub-módulo, denominado terminal negativo, e ao outro terminal do capacitor.[0059] Figure 5 illustrates an exemplary embodiment of the conversion system of the present invention. In this embodiment, the conversion system uses an
[0060] Opcionalmente, os submódulos 28 inversores são construídos com topologias conhecidas, tais como a half-bridge, fullbridge, neutral-point clamped (NPC), flying-capacitor, entre outras, podendo ou não incluir submódulos redundantes.[0060] Optionally, the 28 inverter submodules are built with known topologies, such as half-bridge, fullbridge, neutral-point clamped (NPC), flying-capacitor, among others, which may or may not include redundant submodules.
[0061] Preferencialmente, o inversor compreende indutores 13 de semi-braço ligados entre os semi-braços 29 e o terminal de corrente alternada. Estes indutores 13 possuem múltiplas funções como limitar as derivadas de corrente do semi-braço e limitar as correntes nos braços durante faltas. Além disso, o uso de indutores 13 de semi-braço permite que o inversor MMC 4 possa utilizar técnicas de modulação que gerem até 2N+1 níveis de tensão na tensão de fase, onde N é o número de sub-módulos por semi-braço.[0061] Preferably, the inverter comprises half-arm inductors 13 connected between the half-
[0062] De acordo com a concretização da Figura 5, cada fase do conversor modular multinível trifásico 4 é composta por dois semi- braços 29, um relativo ao polo positivo e outro ao negativo, e dois indutores 13, todos conectados em série, de forma que as tensões geradas pelos braços se somam. Cada fase do conversor modular multinível 4 é conectada a um dos terminais em corrente contínua (CC) que compõem a porta CC do sistema conversor e a um terminal da porta em corrente alternada (CA) do MMC, que pode apresentar uma ou mais fases, de tal forma que entre cada terminal CA do MMC e o terminal positivo da porta CC existem um semi-braço 29 e um indutor 13, bem como entre um terminal CA e o terminal negativo da porta CC, configurando o próprio conversor modular multinível.[0062] According to the embodiment of Figure 5, each phase of the three-phase multilevel
[0063] O circuito de controle das chaves semicondutoras 11 irá depender das especificações do projeto e não é descrito na presente invenção. Opcionalmente, o circuito de controle (não mostrado) impõe de maneira controlada correntes, sejam essas senoidais ou não, a circularem nos enrolamentos primários do transformador 5, com o objetivo de reduzir as perdas no circuito inversor 4 e/ou no transformador 5, e/ou reduzir as dimensões do transformador 5. Opcionalmente, as referências das correntes que circulam no primário são constantes por partes, ou seja, um sinal de referência pode ser dividido em subintervalos nos quais seu valor é constante.[0063] The control circuit of the semiconductor switches 11 will depend on the design specifications and is not described in the present invention. Optionally, the control circuit (not shown) imposes, in a controlled manner, currents, whether sinusoidal or not, to flow in the primary windings of
[0064] Entretanto, um técnico no assunto, a partir do conhecimento do problema e de um resultado de conversão desejado, poderá implementar um circuito de controle adequado no sistema sem grande esforço intelectual, uma vez que sistemas de controle para dispositivos semicondutores são amplamente conhecidos do estado da técnica.[0064] However, a person skilled in the art, from the knowledge of the problem and a desired conversion result, will be able to implement a suitable control circuit in the system without great intellectual effort, since control systems for semiconductor devices are widely known. of the state of the art.
[0065] A corrente na conexão entre o circuito inversor 4 e o circuito retificador multipulsos 6 possui derivadas de corrente limitadas pela indutância de dispersão do transformador 5. Para reduzir ainda mais a ondulação de corrente de alta frequência no primário do transformador, é possível projetar o transformador 5 para que sua dispersão seja maior. Opcionalmente, a presente invenção propõe a inserção de indutores externos 14, ou ainda a presença de uma indutância intrínseca, na entrada de cada fase do primário do transformador 5 para reduzir a ondulação de corrente em altas frequências.[0065] The current in the connection between
[0066] A Figura 6 ilustra um diagrama de um dos circuitos retificadores 6 de acordo com a concretização preferencial da presente invenção. Conforme ilustrado, o circuito retificador 6 é um retificador de seis pulsos. As conexões do lado CA são realizadas através das conexões 15, 16 e 17. A conexão de saída do retificador é realizada através dos terminais em Vo. A conversão CA-CC é realizada através de chaves semicondutoras 18, 19, 20, 21, 22, 23, as quais podem ser controláveis ou não.[0066] Figure 6 illustrates a diagram of one of the
[0067] Preferencialmente, as chaves semicondutores 18, 19, 20, 21, 22, 23 consistem em pelo menos um dentre um diodo, um transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFET), um transistor bipolar de porta isolada (IGBT), um tiristor de comutação por porta integrada (IGCT), e um retificador controlado de silício (SCR). O material semicondutor desses elementos não se restringe ao silício (Si), podem ser utilizados também outros materiais como o carbeto de silício (SiC, Silicon Carbide) ou o nitreto de gálio (GaN, Gallium Nitride).[0067] Preferably, semiconductor switches 18, 19, 20, 21, 22, 23 consist of at least one of a diode, a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor ( IGBT), an integrated gate switching thyristor (IGCT), and a silicon controlled rectifier (SCR). The semiconductor material of these elements is not restricted to silicon (Si), other materials such as silicon carbide (SiC, Silicon Carbide) or gallium nitride (GaN, Gallium Nitride) can also be used.
[0068] A Figura 7 ilustra uma concretização opcional da presente invenção, onde são utilizados retificadores controlados no circuito retificador. O circuito retificador da Figura 7 é uma variação da Figura 6 onde são utilizados tiristores 25. O uso de retificadores controlados é vantajoso em casos onde existem restrições na partida de cargas à jusante do sistema, como por exemplo o uso de cabos de média e alta tensão com elevadas capacitâncias parasitas. Nesses casos, o uso dos tiristores 25 é capaz de suavizar a partida do sistema.[0068] Figure 7 illustrates an optional embodiment of the present invention, where controlled rectifiers are used in the rectifier circuit. The rectifier circuit in Figure 7 is a variation of Figure 6 where
[0069] Opcionalmente, o circuito retificador é configurado com o uso misto de elementos controlados e não controlados. Um exemplo dessa configuração é apresentado na Figura 8, onde há a presença de tiristores 25 e diodos 26. A configuração mista pode ser realizada tanto com os elementos superiores controlados e inferiores não controlados quanto o oposto, elementos superiores não controlados e inferiores controlados.[0069] Optionally, the rectifier circuit is configured with a mixed use of controlled and uncontrolled elements. An example of this configuration is shown in Figure 8, where there is the presence of
[0070] Opcionalmente, o circuito retificador 6 compreende ainda um ou mais diodos de roda livre 27, o qual serve para reduzir as perdas de condução e/ou como dispositivo de proteção. O diodo de roda livre é mostrado apenas na Figura 8, porém pode ser adicionado nas outras versões de retificador de seis pulsos 6 apresentadas.[0070] Optionally, the
[0071] Caso a ponte retificadora utilize apenas diodos 26, o sistema de conversão é um sistema unidirecional quanto ao fluxo de potência, ou seja, a energia é transferida apenas da conexão de entrada V-i para a conexão de saída V2. Entretanto, a presente invenção prevê o uso de outras chaves semicondutoras, sendo que para chaves controláveis, o sistema conversor passa a ter outras possibilidades de operação, as quais dependeram da lógica de controle das chaves semicondutoras controláveis.[0071] If the bridge rectifier uses only 26 diodes, the conversion system is a unidirectional system in terms of power flow, that is, the energy is transferred only from the input connection V-i to the output connection V2. However, the present invention provides for the use of other semiconductor switches, and for controllable switches, the converter system has other operating possibilities, which depended on the control logic of the controllable semiconductor switches.
[0072] Adicionalmente, a presente invenção prevê a inclusão de um filtro 24 nos terminais de saída do circuito retificador 6. A inclusão de um filtro 24 é vantajosa para atender especificações de ondulação na tensão de saída Vc ou para reter uma parcela dos harmônicos que circulam pelo retificador de seis pulsos 6.[0072] Additionally, the present invention provides for the inclusion of a
[0073] A Figura 9 ilustra uma concretização preferencial da presente invenção, onde o sistema de conversão opera com um transformador trifásico 5 composto por três grupos de enrolamentos. O grupo de enrolamentos do primário está conectado em estrela e, dos grupos de bobinas do secundário, um está conectado em estrela e o outro está conectado em delta com fase de 30°. Esse transformador também pode ser referido como transformador YYD.[0073] Figure 9 illustrates a preferred embodiment of the present invention, where the conversion system operates with a three-
[0074] Para reduzir os esforços de tensão sobre os retificadores de seis pulsos 6 é possível expandir o número de pulsos do segundo estágio. Desse modo, a presente invenção prevê a utilização de um retificador de dezoito pulsos, o qual é composto por três circuitos retificadores de seis pulsos 6, conforme ilustrado na Figura 10. O retificador de dezoito pulsos é do tipo série, e possui transformador 5 trifásico composto por quatro grupos de enrolamentos. O grupo de enrolamentos do primário está conectado em estrela, dos grupos de bobinas do secundário um está conectado em estrela, um conectado em zig-zag com uma fase de 20° e um conectado em zig-zag com uma fase de -20°. Entretanto, a presente invenção prevê que outros tipos de conexões defasadoras podem ser utilizados sem alterar o conceito da invenção.[0074] To reduce the voltage efforts on the six-
[0075] Conforme já foi citado, a estratégia de operação do sistema de conversão da presente invenção é baseada na alimentação em corrente do retificador multipulsos contendo múltiplos circuitos retificadores 6. Preferencialmente, o sistema de conversão utiliza como referência a forma senoidal para as correntes no primário do retificador multipulsos 6.[0075] As already mentioned, the operating strategy of the conversion system of the present invention is based on the current supply of the multi-pulse rectifier containing
[0076] A alimentação com correntes senoidais do retificador multipulsos 6 adiciona algumas particularidades à invenção quando comparada aos retificadores multipulsos tradicionais. Especificamente, em um retificador multipulsos alimentado por tensões balanceadas, os harmônicos de corrente gerados pelos retificadores de seis pulsos 6 são cancelados no primário de acordo com a defasagem dos grupos de enrolamentos dos secundários do transformador 5.[0076] The supply with sinusoidal currents of the
[0077] Por sua vez, a particularidade observada com o retificador multipulsos 6 sendo alimentado por fontes de corrente trifásicas, senoidais e balanceadas é que as correntes que circulam nos enrolamentos conectados aos retificadores de seis pulsos não são senoidais. Estas correntes são compostas pela fundamental e pelos harmônicos que se cancelam no primário devido à defasagem entre o secundário do transformador 5.[0077] In turn, the particularity observed with the
[0078] Por exemplo, em um retificador de doze pulsos, são cancelados os harmônicos de ordem h dados pela equação (1), onde k é um número inteiro e maior do que um, ou seja, para k - 1 obtém- se os valores 5 e 7, o que indica o harmônico de 5a ordem e o harmônico de 7a ordem. Estes harmônicos, e os demais harmônicos regidos pela equação (1), estarão presentes nas correntes dos retificadores de seis pulsos 6.
[0079] Adicionalmente, como um reflexo da comutação dos diodos de cada retificador de seis pulsos 6, surgem degraus nas tensões de cada secundário. Esses degraus estão em todas as tensões do transformador e para X grupos de enrolamentos secundários, sendo que aparecerão 6 X degraus nas tensões do transformador 5. Isso é observado, por exemplo, no caso do retificador de doze pulsos na Figura 9.[0079] Additionally, as a reflection of the switching of the diodes of each six-
[0080] Assim, uma característica vantajosa da presente invenção é que apresentar pulsos nas tensões do transformador 5 limita as derivadas de tensão nos enrolamentos do transformador 5 para valores conhecidos.[0080] Thus, an advantageous feature of the present invention is that presenting pulses in the voltages of
[0081] A Figura 11 ilustra as formas de onda de tensões Vabc θ correntes labc de fase obtidas no primário do transformador 5 para o caso do sistema de conversão com um retificador de doze pulsos com transformador YYD e saída conectada em série, tal como da concretização preferencial da Figura 9. Observa-se as derivadas limitadas de tensão no primário do transformador e correntes com pouca ondulação nesse mesmo componente.[0081] Figure 11 illustrates the waveforms of voltages Vabc θ phase currents labc obtained in the primary of
[0082] A Figura 12 ilustra as formas de onda de tensões VLyabc e correntes llyabc de fase obtidas no secundário do transformador 5 conectado em estrela para o caso do sistema de conversão com um retificador de doze pulsos com transformador YYD e saída conectada em série, tal como da concretização preferencial da Figura 9.[0082] Figure 12 illustrates the waveforms of voltages VLyabc and phase currents llyabc obtained in the secondary of
[0083] A Figura 13 ilustra as formas de onda de tensões VLdabc e correntes lldabc de fase obtidas no secundário do transformador 5 conectado em delta para o caso do sistema de conversão com um retificador de doze pulsos com transformador YYD e saída conectada em série, tal como da concretização preferencial da Figura 9.[0083] Figure 13 illustrates the waveforms of voltages VLdabc and phase currents lldabc obtained in the secondary of
[0084] A Figura 14 ilustra as formas de onda de tensões Vc1, Vc2 e correntes de fase obtidas na saída do sistema de conversão da presente invenção, V2, para o caso do sistema de conversão com um retificador de doze pulsos com transformador YYD e saída conectada em série.[0084] Figure 14 illustrates the waveforms of voltages Vc1, Vc2 and phase currents obtained at the output of the conversion system of the present invention, V2, for the case of the conversion system with a twelve-pulse rectifier with YYD transformer and output connected in series.
[0085] Adicionalmente, é observado que as formas de onda podem sofrer variações de acordo com elementos parasitas ao sistema, o valor da indutância em série com o transformador ou o valor da capacitâncía de saída. Nas Figura 15 e na Figura 16 é apresentado o impacto da alteração do valor da indutância série e da capacitâncía de saída do conversor para os resultados apresentados anteriormente na Figura 12 e na Figura 13.[0085] Additionally, it is observed that the waveforms may vary according to parasitic elements to the system, the value of the inductance in series with the transformer or the value of the output capacitance. Figure 15 and Figure 16 show the impact of changing the value of the series inductance and the output capacitance of the converter for the results presented previously in Figure 12 and Figure 13.
[0086] Especificamente, a Figura 15 ilustra, de forma similar á Figura 12, as formas de onda de tensão VLyabc e corrente Hyabc no secundário conectado em estrela do transformador para o caso de retificador de doze pulsos com transformador YYD e saída conectada em série, porém com diferentes valores dos parâmetros indutância em série com o transformador ou capacitâncía de saída. Observa-se o impacto na alteração do valor das indutâncias presentes em série com os enrolamentos do transformador ou alteração das capacitâncias de saída de um retificador de doze pulsos.[0086] Specifically, Figure 15 illustrates, similarly to Figure 12, the VLyabc voltage and Hyabc current waveforms in the star-connected secondary of the transformer for the case of twelve-pulse rectifier with YYD transformer and series-connected output , but with different values of the parameters inductance in series with the transformer or output capacitance. The impact can be observed in the change in the value of the inductances present in series with the transformer windings or in the change in the output capacitances of a twelve-pulse rectifier.
[0087] Analogamente, a Figura 16 ilustra, de forma similar a Figura 14, as formas de onda de tensão nos capacitores de saída Vc1 e Vc2 e tensão de saída do conversor V2, porém com diferentes valores dos parâmetros de indutância em série com o transformador ou capacitâncía de saída. Observa-se o impacto na alteração do valor das indutâncias presentes em série com os enrolamentos do transformador ou alteração das capacitâncias de saída de um retificador de doze pulsos.[0087] Similarly, Figure 16 illustrates, similarly to Figure 14, the voltage waveforms in the output capacitors Vc1 and Vc2 and output voltage of the converter V2, however with different values of the inductance parameters in series with the transformer or output capacitance. The impact can be observed in the change in the value of the inductances present in series with the transformer windings or in the change in the output capacitances of a twelve-pulse rectifier.
[0088] Portanto, com base na descrição acima, o sistema de conversão da presente invenção é capaz de elevar ou abaixar uma tensão de corrente contínua para transmissão de alta potência. O sistema de conversão realiza a conversão de uma tensão de entrada CC para uma tensão CA, a qual é elevada ou abaixada através de um transformador. Em seguida, um conjunto de retificadores multipulsos 6 retificam a tensão elevada CA para uma tensão elevada CC pronta para a transmissão. A transmissão de corrente contínua não possui perdas por corrente parasita ao longa das linhas. Além disso, o processamento de energia se dá praticamente com potência instantânea constante entre a entrada e saída CC do sistema conversor, minimizando a circulação de energia reativa. Portanto, o sistema de conversão da presente invenção dispensa o uso de reatores para compensação de reativos.[0088] Therefore, based on the above description, the conversion system of the present invention is capable of raising or lowering a DC voltage for high power transmission. The conversion system performs the conversion of a DC input voltage to an AC voltage, which is raised or lowered through a transformer. A set of 6 multi-pulse rectifiers then rectifies the high AC voltage to a high DC voltage ready for transmission. Direct current transmission has no eddy current losses along the lines. Furthermore, the energy processing takes place with practically constant instantaneous power between the DC input and output of the converter system, minimizing the circulation of reactive energy. Therefore, the conversion system of the present invention eliminates the use of reactors for reactive compensation.
[0089] Adicionalmente, a presença de um transformador 5 no sistema de conversão proporciona o isolamento galvânico entre os terminais de entrada e saída do mesmo, provendo maior resistência a faltas no sistema. Além disso, o sistema da presente invenção preferencialmente utiliza um transformador 5 operando em média frequência, sendo que um dos lados do transformador possui enrolamentos defasadores, o que permite a realização de retificação com múltiplos pulsos.[0089] Additionally, the presence of a
[0090] Além disso, a utilização de um transformador 5 multifásico operando em média frequência é vantajosa pois diminui as dimensões e peso do sistema, reduzindo custos de produção e instalação. Esta vantagem possui inclusive interesse ambiental, uma vez que a diminuição do transformador e condutores do sistema reduz o uso de matéria prima. Sabe-se que a matéria prima usada em componentes elétricos e eletrônicos possui elevado custo, tal como o cobre, alumínio e ferro-silício. A redução no consumo destes materiais, além do interesse econômico na redução de custos do sistema, é interessante pois estes materiais são recursos não renováveis e limitados.[0090] In addition, the use of a
[0091] A presente invenção é ainda vantajosa pois o circuito inversor 4 é capaz de controlar as correntes do primário do transformador 5, função que leva a limitação das derivadas da tensão do primário do transformador. Adicionalmente, a presente invenção pode ser configurada para realizar o controle bidirecional caso semicondutores controláveis sejam utilizados no lugar de diodos retificadores.[0091] The present invention is still advantageous because the
[0092] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.[0092] Numerous variations within the scope of protection of this application are permitted. Thus, it reinforces the fact that the present invention is not limited to the particular configurations/embodiments described above.
Claims (24)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BR102015025570-5A BR102015025570B1 (en) | 2015-10-07 | 2015-10-07 | DC-DC conversion system for high power to medium or high voltage applications |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BR102015025570-5A BR102015025570B1 (en) | 2015-10-07 | 2015-10-07 | DC-DC conversion system for high power to medium or high voltage applications |
Publications (2)
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ID=58644645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BR102015025570-5A BR102015025570B1 (en) | 2015-10-07 | 2015-10-07 | DC-DC conversion system for high power to medium or high voltage applications |
Country Status (1)
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2015
- 2015-10-07 BR BR102015025570-5A patent/BR102015025570B1/en active IP Right Grant
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