BR102016008250A2 - sistema para regular mudança de temperatura e métodos para determinar e para modificar a mudança de temperatura - Google Patents

Abstract

trata-se de um sistema que é fornecido para regular a mudança de temperatura de componentes semicondutores dentro de um conversor. o sistema inclui um regulador de temperatura em comunicação com pelo menos um semicondutor dentro do conversor e uma fonte de alimentação, sendo que o regulador de temperatura compreende um controlador. também está incluído um detector de pico em comunicação com pelo menos um dos semicondutores e configurado para identificar uma temperatura máxima de cada semicondutor quando o semicondutor conduz alta corrente.

Description

“SISTEMA PARA REGULAR MUDANÇA DE TEMPERATURA E MÉTODOS PARA DETERMINAR E PARA MODIFICAR A MUDANÇA DE TEMPERATURA” Campo Da Invenção [001] A presente invenção refere-se, geralmente, à extensão da vida útil de um semicondutor de potência. De modo mais específico, a presente invenção se refere à extensão da vida útil de um semicondutor quando opera como um comutador eletrônico em aplicações de energia renováveis.

Antecedentes Da Invenção [002] A energia renovável, colhida a partir de fenômenos naturais como a luz do sol e o vento, tem substituído os combustíveis convencionais em áreas de serviço de energia e geração de potência. Os dispositivos de potência elétrica, como semicondutores, convertem a energia obtida a partir de fontes de energia renovável, como potência solar e potência eólica, de CC ou CA de frequência variável para frequência de utilidade (grade). A conversão é alcançada, geralmente, mediante a comutação de uma pluralidade de semicondutores ligados e desligados a alta frequência para sintetizar tensões de onda senoidal por meio de técnicas de modulação por largura de pulso (MLP).

[003] Os semicondutores de três terminais, como transistores bipolares de porta isolada (IGBTs), transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFETs), e tiristores são comumente usados como dispositivos de comutação em aplicações elétricas. Os MOSFETs, usados principalmente em aplicações de baixa tensão, podem aumentar a classificação de corrente de um comutador mediante a colocação de diversos dispositivos em paralelo. Os tiristores, usados principalmente em aplicações de alta tensão, requerem um retardo de tempo limitado depois que a corrente no tiristor foi extinta antes que o anodo possa mais uma vez ser positivamente polarizado, e mantêm o tiristor no estado desligado. Os IGBTs combinam o desempenho no estado ligado nos dispositivos de alta tensão com alta impedância, tornando-se, assim uma escolha popular nas aplicações de geração de potência.

[004] Transicionar cada IGBT do estado ligado para o estado desligado e vice-versa resulta na produção de calor, à medida que a potência é dissipada dentro de cada IGBT durante eventos de comutação. Quanto maior for a corrente que é conectada ou desconectada, maiores são as perdas, portanto, maior o calor. Conforme a corrente aumenta, as perdas de condução dentro de cada IGBT também aumentam. Assim como a potência de fontes de energia renovável pode frequentemente variar durante um dia, as perdas também podem ser dissipadas nos IGBTs. Portanto, a temperatura dos IGBTs varia com as mudanças na saída das fontes de energia renovável. Os ciclos térmicos, que podem ocorrer por minutos ou horas, podem resultar em estresse mecânico e aumento de taxas de falha de IGBT ao longo do tempo devido ao desgaste de material.

[005] A vida de um IGBT pode ser reduzida devido aos ciclos térmicos. Os ciclos térmicos, especificamente na placa de base e no fio de ligação do comutador, entre outros fatores, resultam em desgaste de dispositivo. Mudanças extremas entre altas e baixas temperaturas diminui a vida do IGBT mais que pequenas mudanças entre altas e baixas temperaturas.

[006] A potência dentro do sistema de corrente alternada (AC) é igual ao produto de tensão, de corrente, e de fator de potência. A potência aparente pode ser classificada como dois componentes, um em fase com a tensão (potência real) e o outro de modo que esteja 90 graus fora de fase com a tensão (potência reativa). A potência real entregue a uma grade é principalmente uma função de quanta potência a fonte de energia renovável produz (por exemplo, proporcional à velocidade de vento do vento ou força do sol). A potência reativa é entregue para controlar a tensão para atender às exigências de armazenamento de energia para a confiabilidade do sistema (por exemplo, de indutâncias e capacitâncias nas linhas de transmissão, motores, e outros dispositivos).

[007] Tentativas anteriores de aumentar a tolerância ao desgaste dentro de semicondutores são conhecidas na técnica. Por exemplo, muitas abordagens convencionais incluem variações de alternação das superfícies do semicondutor para prolongar a vida do dispositivo. Entretanto, essa abordagem, não impede as rachaduras de se expandirem para tamanhos críticos, por exemplo, o que pode em última instância levar a fraturas.

Descrição Resumida De Realizações Da Invenção [008] Dadas as deficiências mencionadas acima, existe uma necessidade de sistemas e métodos que prolonguem a vida de um semicondutor mediante a prevenção de formação de rachaduras devido à mudança drástica de temperaturas durante a comutação.

[009] Na presente tecnologia, a fim de impedir que as perdas de calor do IGBT caiam em proporção às reduções na produção de potência renovável, o conversor pode circular potência reativa dentro do sistema de tal modo que a potência reativa líquida para ou a partir da grade não seja afetada, mas a corrente dentro de uma ponte de IGBT seja mantida mais constante. Circular potência reativa impede que a magnitude de corrente caia em proporção à potência. De modo específico, os conversores operam em um fator de potência reduzido além de sem a circulação de potência reativa. Um gerador de indução duplamente alimentado (DFIG) tem uma tipologia configurada para alimentar a potência reativa para a grade diretamente do conversor de linha ou indiretamente pelo conversor de rotor por meio do gerador. Assim, uma ponte de IGBT pode ser controlada para emitir mais corrente reativa e outra ponte de IGBT pode ser controlada para absorver o aumento.

[010] Sob certas circunstâncias, uma realização da presente invenção inclui um sistema para regular a mudança de temperatura de componentes semicondutores dentro de um conversor. O sistema inclui (i) um regulador de temperatura em comunicação com pelo menos um semicondutor dentro do conversor e uma fonte de alimentação, e (ii) um detector de pico em comunicação com pelo menos um semicondutor dentro do conversor configurado para identificar uma temperatura máxima de cada semicondutor.

[011] As realizações, por exemplo, facilitam uma redução nas mudanças de temperatura no semicondutor. Em algumas realizações ilustrativas, um detector de pico pode ser configurado para identificar mais precisamente as mudanças de temperatura quando o semicondutor conduz baixa corrente.

[012] Em outras realizações, um controlador pode ser configurado para alterar uma temperatura máxima do semicondutor, com o uso de um regulador de temperatura, para uma temperatura que aumenta a vida útil do semicondutor.

[013] Sob outras circunstâncias, uma realização da presente invenção inclui um método para determinar a mudança de temperatura de um componente semicondutor dentro de um conversor, que compreende (i) medir uma primeira temperatura de semicondutor em uma junção localizada no componente semicondutor com o uso de um regulador de temperatura, (ii) determinar uma temperatura de referência com o uso de um detector de pico configurado para determinar uma temperatura máxima quando o semicondutor conduz alta corrente e uma temperatura mínima, quando o semicondutor conduz baixa corrente, (iii) somar a primeira temperatura de semicondutor e a temperatura de referência, (iv) comparar a primeira soma de temperatura a uma temperatura de refrigerante para gerar uma primeira diferença de temperatura, e (v) circular potência reativa dentro do sistema de tal modo que a primeira diferença de temperatura seja ajustada de acordo com uma quantidade de energia enviada para o conversor por uma fonte de alimentação.

[014] Em algumas realizações, o método itera a primeira temperatura de semicondutor para gerar uma temperatura de semicondutor final, através da circulação de potência reativa, de tal modo que a temperatura de semicondutor final seja ajustada de acordo com a potência enviada para o conversor por uma fonte de alimentação.

[015] Os recursos e as vantagens adicionais da invenção, assim como a estrutura e operação de várias realizações da invenção, são descritos abaixo em detalhes em referência aos desenhos anexos. Observa-se que a invenção não é limitada pelas realizações específicas descritas no presente documento. Tais realizações são apresentadas no presente documento apenas para propósitos ilustrativos. As realizações adicionais serão evidentes para as pessoas versadas na (s) técnica (s) relevante (s) com base nos ensinamentos contidos no presente documento.

Breve Descrição Das Figuras [016] Os desenhos anexos, os quais são incorporados no presente documento e formam parte do relatório descritivo, ilustram a presente invenção e, juntamente com a descrição, serve adicionalmente para explicar os princípios da invenção e para permitir que uma pessoa versada na (s) técnica (s) relevante (s) produza e use a invenção.

[017] A Figura 1 é um diagrama de blocos que ilustra uma aplicação exemplificativa para uma frequência variável, na forma de um sistema conversor de potência eólica.

[018] A Figura 2 é um diagrama esquemático que ilustra um inversor na aplicação exemplificativa da Figura 1.

[019] A Figura 3 é um gráfico que representa um tempo médio para a falha de um dispositivo semicondutor da Figura 2 que opera em diferentes temperaturas.

[020] A Figura 4 é um diagrama de blocos de um controlador dos sistemas de integração de dados para a Figura 1.

[021] A Figura 5 é um fluxograma que ilustra métodos associados com o controlador da Figura 4.

[022] A Figura 6 é um diagrama de blocos que ilustra uma aplicação exemplificativa para uma frequência variável na forma de um sistema conversor de potência solar.

Descrição Detalhada Das Realizações Preferenciais [023] Embora a presente invenção seja descrita no presente documento com realizações ilustrativas para aplicações particulares, deve-se compreender que a invenção não está limitada às mesmas. Os elementos versados na técnica com acesso aos ensinamentos fornecidos no presente documento reconhecerão as modificações, as aplicações, e as realizações adicionais dentro do escopo da mesma e os campos adicionais nos quais a invenção seria de utilidade significativa.

[024] A menos que definido de outro modo, os termos técnicos e específicos usados no presente documento têm o mesmo significado como é comumente compreendido pela pessoa de habilidade comum na técnica a qual esta revelação pertence. Os termos “primeiro”, “segundo” e semelhantes, conforme usado no presente documento não denotam nenhuma ordem, quantidade, ou importância, mas, em vez disso, são usados para distinguir um elemento de outro. Além disso, os termos “um” e “uma” não denotam uma limitação de quantidade, mas, em vez disso, denotam a presença de pelo menos um dos itens mencionados. O termo “ou” destina-se a ser inclusivo e significa tanto qualquer, vários, ou todos os itens listados acima.

[025] O uso de “que inclui”, “que compreende” ou “que tem” e variações dos mesmos no presente documento destina-se a abranger os itens listados após os mesmos e equivalentes dos mesmos assim como os itens adicionais. Os termos “conectado” e “acoplado” não se restringem às conexões e acoplamentos físicos ou mecânicos, e podem incluir conexões ou acoplamentos elétricos, quer diretos ou indiretos. Os termos “circuito”, “conjunto de circuitos” e “controlador” podem incluir tanto um único componente ou uma pluralidade de componentes, que são tanto componentes ativos e/ou passivos e podem ser opcionalmente conectados ou, em vez disso, acoplados juntos para fornecer a função descrita.

[026] A Figura 1 retrata uma aplicação exemplificativa na forma de um sistema de potência eólica 100 adequado para capturar potência a partir do vento com o uso de pás de turbina 102. O sistema 100 pode incluir uma caixa de engrenagem 110 conectada a um rotor de turbina 104 das pás de turbina 102. A caixa de engrenagem 110 adapta a velocidade relativamente baixa do rotor de turbina 104 à velocidade relativamente alta do gerador 120.

[027] O gerador 120 (por exemplo, um gerador de indução ou gerador síncrono) converte a potência mecânica em potência elétrica. Por exemplo, o gerador 120 ilustrado na Figura 1 pode ser um gerador de indução duplamente alimentado (DFIG), o qual inclui uma bobina de rotor 130 e uma bobina de estator 140.

[028] Na realização ilustrada da Figura 1, a bobina de estator 140 é conectada a um transformador 115, que transfere potência elétrica através de condutores índutivamente acoplados a um nível de tensão adequado para elétrica grade. A bobina de rotor 130 pode ser conectada à grade por um módulo conversor e inversor (por exemplo, um conversor 150) que desacopla frequências mecânicas e elétricas (por exemplo, para permitir a operação de velocidade variável).

[029] O módulo conversor e inversor do sistema 100 pode incluir dois conversores trifásicos 150. Um conversor 150 pode ser conectado à bobina de rotor 130 e o segundo conversor 150 pode ser conectado à grade pelo transformador 115. A razão da tensão produzida pela bobina de estator 140 para a tensão produzida pela bobina de rotor 130 conhecida como a razão S-R, pode ser usada para determinar os fatores qualitativos sobre os conversores 150, como, mas sem limitação, a temperatura dentro do conversor.

[030] A Figura 2 é uma configuração exemplificativa do conversor 150 que inclui um ou mais semicondutores. O conversor 150 pode incluir uma pluralidade de IGBTs 152 e de diodos de potência 154, sendo que cada diodo 154 é antiparalelo a um respectivo IGBT 152. Cada IGBT 152 e cada diodo 154 são unidos a linhas de CC positiva ou negativa e linhas de saída I, II, ou III com fios de ligação 156. Conforme observado na tipologia exemplificativa da Figura 2, as linhas de saída I, II e III podem emitir tensões trifásicas v(, vM e vm. As mudanças para a corrente de saída dos IGBTs 152, usadas para produzir corrente de saída trifásica de forma de onda na saída 158, pode resultar em perdas de potência, o que resulta em uma temperatura de junção mais alta nos IGBTs 152. Tais temperaturas de junção podem resultar em tensão mecânica e/ou deformação dos fios de ligação 156, encurtando a vida útil dos conversores 150.

[031] O dano cumulativo (C), devido às altas e baixas temperaturas extremas, determina a falha de semicondutor com base no número de ciclos térmicos e pode ser definido pela relação em que n, é o número de ciclos no i-ésimo nível de estresse e Ni é o número de ciclos para falha no i-ésimo nível de estresse.

[032] A Figura 3 é um gráfico que ilustra uma curva de tempo de vida de semicondutor em que a mudança na temperatura do dispositivo semicondutor de LIGADO a DESLIGADO é mostrada ao longo do eixo geométrico x. O número de ciclos até a falha é mostrado ao longo do eixo geométrico y.

[033] Conforme observado na Figura 3, a redução em uma mudança de temperatura (ΔΤ) de aproximadamente 10 °C aprimora a vida do semicondutor por um fator de dois. Por exemplo, mudar ο ΔΤ de 80 °C para 70 °C aprimora a vida de menos de 100.000 ciclos para aproximadamente 200.000 ciclos. De modo similar, reduzir ο ΔΤ de 70 °C para 60 °C aprimora a vida de cerca de 200.000 ciclos para mais de 400.000 ciclos.

[034] Novamente em referência à Figura 1, para auxiliar na regulação de ΔΤ dentro dos conversores 150, o sistema 100 pode incluir componentes adicionais, como um detector de pico 170 e um regulador de temperatura 180, para controlar uma ou mais operações dos conversores 150.

[035] O detector de pico 170 pode ser implantado como uma conexão em série de um diodo e de um capacitor (não mostrado) emitindo uma tensão de corrente contínua (CC) igual ao valor de pico de um sinal de corrente alternada aplicada (AC). Uma fonte de tensão de CA aplicada ao detector de pico 170 carrega o capacitor para o pico da entrada. O diodo conduz os “meios ciclos” positivos, carregando o capacitor para o pico de forma de onda. Quando a forma de onda de entrada cai abaixo do “pico” de CC armazenado no capacitor, o diodo é submetido à polarização inversa, bloqueando o fluxo de corrente do capacitor de volta para a fonte. Assim, o capacitor retém o valor de pico mesmo que a forma de onda caia para zero.

[036] O detector de pico 170 pode realizar medições automáticas em múltiplos canais aproximadamente ao mesmo tempo. As medições resultantes podem ser usadas para mostrar os dados (por exemplo, plotagem em forma de gráfico) ou transferir os dados para outro programa para alternar o uso (por exemplo, transferido para outro programa). O detector de pico 170 pode também detectar picos positivos (por exemplo, alturas máximas de comprimento de onda) ou picos negativos (por exemplo, alturas mínimas de onda). O detector de pico 170 é descrito em mais detalhes abaixo, em associação com a Figura 5.

[037] O regulador de temperatura 180 atenua as variações de temperatura dentro do (s) conversor (es) 150. Circular potência reativa, medida em VARs, através do sistema impede que os IGBTs 152 resfriem demasiadamente quando a fonte de alimentação diminui.

[038] A circulação de potência reativa pode continuar embora a rotação do rotor de turbina 104 esteja dentro de uma faixa de velocidade de operação predeterminada da turbina (por exemplo, velocidade de operação recomendada pelo fabricante). Para continuar a operar os IGBTs 152 após a velocidade do rotor de turbina 104 ter sido reduzida, a potência reativa pode ser circulada através de filtros de linha de CA para facilitar a comutação continuada dos IGBTs 152.

[039] O conversor pode circular potência reativa dentro do sistema de tal modo que a corrente dentro de uma ponte de IGBT dentro do conversor 150 seja constante. De modo específico, o conversor 150 opera em um fator de potência reduzido, permitindo que a ponte de IGBT emita mais corrente reativa.

[040] Em algumas realizações, quando a velocidade do rotor de turbina 104 excede uma faixa de operação normal, os componentes de regulação adicionais, como ventoinhas, aquecedores e bombas (não mostrados), em combinação com o regulador de temperatura 180, permitem que temperatura do refrigerante suba. À medida que a temperatura de refrigerante se eleva quando a fonte de alimentação desaparece, a circulação de potência reativa pode ser reduzida e, em última instância, desenergizada. Nessa situação, os aquecedores podem ser uados para aumentar a temperatura do refrigerante. Alternativamente, a velocidade de bombeamento pode ser ajustada e/ou a operação de um sistema de anticondensação pode ser usada para aumentar a temperatura do refrigerante.

[041] Em outra realização, a potência reativa pode ser circulada através do filtro de linha de CA para manter os IGBTs 152 comutando entre as posições predeterminadas LIGADA/DESLIGADA. Por exemplo, em um inversor solar, ou um conversor de turbina eólica de conversão total de potência, quando a fonte de alimentação desaparece, o IGBTs 152 pode ser operado em baixa corrente, pela energia térmica produzida pelos IGBTs 152 durante a comutação (isto é, AA perdas de comutação devido ao calor). Operar os IGBTs 152 em vez de desligar os mesmos minimiza as reduções de temperatura nos IGBTs 152 à medida que a potência diminui. Embora os IGBTs 152 continuem a comutar, a velocidade de ventoinha de resfriamento pode ser reduzida por um controle de ventoinha de resfriamento. Alternativamente, pode ser completamente interrompida para permitir que a temperatura de refrigerante se eleve. Quando a temperatura de refrigerante alcança uma temperatura desejada, os componentes de regulação (por exemplo, os aquecedores, as ventoinhas, as bombas) podem ser desenergizados.

[042] Em algumas realizações, o regulador de temperatura 180 e/ou os outros componentes de regulação (por exemplo, ventoinhas de resfriamento e/ou aquecedores), podem ser operados por meio de um ou mais controladores, com um controlador 400 descrito em associação com a Figura 4 abaixo.

[043] O controlador 400 pode incluir um processador para monitorar a emissão de potência reativa pelo conversor 150 no lado de grade e determinar se a emissão de potência pelo conversor 150 no lado de grade atende à potência reativa exigida pela grade. O controlador 400 também inclui uma memória 410. A memória 410 é configurada para armazenar diversas categorias de software, firmware, e dados, incluindo aplicações 420, um banco de dados 430, um sistema operacional (SO) 440 e unidades de dispositivo de l/O 450.

[044] Conforme será verificado pelos elementos versados na técnica, o SO 440 pode ser qualquer sistema operacional para o uso com um sistema de processamento de dados. As unidades de dispositivo de l/O 450 podem incluir várias rotinas acessadas através do SO 440 pelas aplicações 420 para se comunicarem com os dispositivos, e com certos componentes de memória.

[045] As aplicações 420 podem ser armazenadas na memória 410 e/ou em um firmware (não mostrado) como instruções executáveis e podem ser executadas por um processador 460.

[046] As aplicações 420 incluem vários programas, como uma sequência de temperatura interativa 502 que, quando executados pelo processador 460, processam os dados recebidos no regulador de temperatura 180.

[047] As aplicações 420 podem ser aplicadas aos dados armazenados no banco de dados 430, como os parâmetros especificados, juntamente com os dados, por exemplo, recebidos por meio das portas de dados de l/O 470. O banco de dados 430 representa os dados estáticos e dinâmicos usados pelas aplicações 420, o SO 440 e as unidades de dispositivo de l/O 450 e outros programas de software que podem estar situados na memória 410.

[048] Embora a memória 410 seja ilustrada de modo que esteja situada próxima ao processador 460, deve-se compreender que pelo menos uma porção da memória 410 pode ser um sistema de armazenamento remotamente acessado, por exemplo, um servidor em uma rede de comunicação. A rede de comunicações pode incluir uma rede de área local (LAN), uma rede de área metropolitana (MAN), ou uma rede de área ampla (WAN), por exemplo.

[049] Deve-se compreender que a Figura 4 e a descrição acima se destinam a fornecer uma breve descrição geral do ambiente adequado em que os vários aspectos de algumas realizações da presente revelação podem ser implantados. Embora a descrição se refira às instruções legíveis por computador, as realizações da presente revelação podem também ser implantadas em combinação com outros módulos de programa e/ou como uma combinação de hardware e software além de, ou em vez de, instruções legíveis por computador.

[050] A Figura 5 é um fluxograma que ilustra uma aplicação exemplificativa executada pelo controlador 400. A aplicação pode ser configurada para executar uma sequência de temperatura interativa 502, para saber se uma temperatura do IGBT 152 (observado na Figura 2) está dentro de uma faixa de temperatura predeterminada. Caso o IGBT 152 esteja dentro da faixa de temperatura predeterminada, a sequência de temperatura interativa 502 se repete. Entretanto, caso o IGBT 152 não esteja dentro da faixa de temperatura predeterminada, a potência reativa, determinada por uma sequência de potência reativa 504 pode ser circulada através do (s) conversor (es) 150.

[051] Deve-se compreender que as etapas da aplicação exemplificativas não são necessariamente apresentadas em nenhuma ordem particular e que o desempenho de algumas ou de todas as etapas em uma ordem alternativa, é possível e é contemplada.

[052] O software pode ser engatado através do controlador 400 comunicando uma mensagem de instrução de “modo de resposta de engate” através de uma interface, que envia as solicitações iniciais para medir uma temperatura inicial do IGBT 152 dentro do conversor 150, como retratado na sequência de temperatura interativa 502.

[053] A sequência 502 começa quando o controlador 400 mede uma temperatura inicial, T-ι, de um ou mais IGBTs 152 dentro do conversor na etapa 510. A temperatura inicial do IGBT pode ser medida através de qualquer dispositivo de medição conhecido como, mas sem limitação, termômetros e medidores.

[054] A sequência 502 continua com o controlador 400 determinando uma temperatura de referência, Tref, um valor desejado para a temperatura de IGBT, na etapa 515.

[055] Em uma realização, a Tref pode ser medida com o uso do detector de pico 170. O detector de pico 170 pode ser configurado para determinar uma temperatura máxima quando o IGBT 152 conduz alta corrente e uma temperatura mínima quando o IGBT 152 conduz baixa corrente. O detector de pico 170 pode incluir uma faixa de descarga de capacitor que é gradual, também conhecida como um decaimento lento. Adicionalmente, longos períodos de operação do (s) conversor (es) 150 em uma carga leve também pode causar o decaimento lento. A taxa de descarga inclui um tempo de descarga suficiente para alcançar uma temperatura desejada. Uma vez que o aquecimento do IGBT 152 é um subproduto da carga de conversor, a Tref pode ser um ponto de temperatura máximo ou mínimo (pico) resultante da operação do (s) conversor (es) 150.

[056] A sequência de temperatura interativa 502 soma a temperatura inicial Ti da etapa 510 com a Tref determinada na etapa 515, para gerar uma temperatura somada, TSom, na etapa 520. Por exemplo, durante a sequência de temperatura inicial, a temperatura somada pode ser expressa como em que T é a temperatura inicial. Nas iterações de sequência seguintes, a temperatura somada pode ser expressa como em que T2 é uma primeira temperatura ajustada do IGBT 152 dentro da sequência de iteração 502 e Tn é a temperatura associada com uma iteração “enésima” da sequência de potência reativa 506.

[057] Uma diferença de temperatura (ΔΤ) entre a TSOm e uma temperatura do refrigerante (Trefngerante) é calculada na etapa 525. Também é determinado dentro da sequência de temperatura interativa 502 se ΔΤ está dentro de uma faixa predeterminada, na etapa 530. A faixa predeterminada é tal que a vida do IGBT 152 irá reduzir a falha devido à temperatura relacionada às falhas, conforme descrito acima. Por exemplo, ΔΤ pode ser um valor de 10 °C.

[058] Em que ΔΤ está dentro da faixa predeterminada (por exemplo, trajeto 532), o controlador 400 pode retornar para a etapa 510 em que a temperatura do IGBT 152 é medida.

[059] Em que ΔΤ não está dentro da faixa predeterminada (por exemplo, trajeto 534), o controlador 400 pode iniciar a sequência de potência reativa 504. Dentro da sequência de potência reativa 504, o controlador 400 calcula um modificador de referência de estator (modificador de estator, Mest), um modificador de corrente de conversor de rotor (modificador de rotor, Mrot), e um modificador de corrente de conversor de saída de linha (modificador de linha, ΜΝη).

[060] O controlador 400 determina o modificador de estator, Mest na etapa 540. Em que a temperatura do IGBT 152 é mais baixa que a Tref, o controlador 400 irá mover a referência reativa de corrente de estator para se tornar maior em magnitude. Em que a temperatura de IGBT 152 é mais alta que a Tref, o regulador irá mover a referência reativa de corrente de estator para diminuir o aumento anterior em magnitude. De modo específico, o modificador de estator é calculado como [061] Na etapa 545, o controlador 400 calcula o modificador de rotor Mrot com base no modificador de referência de estator determinado na etapa 550. Por exemplo: em que a razão S-R é a razão da bobina de estator 140 para bobina de rotor 130 dentro do gerador 120.

[062] Na etapa 550, o controlador 400 calcula o modificador de linha, M|in, como o inverso do modificador de rotor com propósitos de manter uma corrente reativa líquida desejada produzida para a grade. De modo específico, [063] A Mest, a Mrot, e/ou a ΜΝη podem ser comunicadas pelo regulador de temperatura 180 para o componente (por exemplo, controles de conversor) dentro dos sistemas de potência 100 para ajustar a velocidade do rotor de turbina 104. Em que o regulador de temperatura 180 eleva a temperatura do IGBT 152, a Mest, a Mrot, e a M|in se ajustam de modo a tornar cada modificador maior em magnitude, enquanto mantêm a soma de correntes reativas de estator e de linha constantes.

[064] A potência reativa pode circular através de filtros de linha de CA dentro do sistema 100 até que ocorra um evento de desligamento. Um evento de desligamento pode ser qualquer evento que seja predeterminado para interromper o fluxo de potência reativa. Por exemplo, uma passagem predeterminada de tempo ou uma quantidade predeterminada de VARs que foi transferida para o sistema de potência 100 pode constituir eventos de desligamento. Quando tiver ocorrido um evento de desligamento, a potência reativa irá cessar e o controlador 400 irá medir o efeito de potência reativa na temperatura do IGBT. De modo específico, medir uma temperatura ajustada, T2 na etapa 510.

[065] O controlador 400 pode executar a sequência de potência reativa 504 e a sequência de iteração até que o AT esteja dentro da faixa predeterminada. Por exemplo, o controlador 400 pode incluir até “n” iterações.

[066] As formas alternativas de energia renovável, como um sistema de potência solar 101, retratados na Figura 6 podem utilizar diversas realizações da invenção revelada. Nessas realizações, a energia solar é convertida em energia elétrica através do uso de uma batería 190 em conexão com o conversor 150.

[067] O sistema 101 pode conter adicionalmente um controlador de carga 195 para regular a faixa em que corrente é adicionada ou retirada da bateria 190. Dispositivos de isolamento de CA e/ou CC (não mostrados). Os dispositivos de isolamento permitem a desconexão da fonte de alimentação solar (por exemplo, painel solar) nos eventos como falha elétrica ou serviço de manutenção de dispositivo.

[068] Deve-se verificar que a seção de Descrição Detalhada, e não as seções do Sumário e do Resumo, destina-se a ser usada para interpretar as reivindicações. As seções do Sumário podem apresentar uma ou mais, mas não todas as realizações exemplificativas da presente invenção conforme contemplado pelo (s) inventor (es), e, assim, não pretendem limitar de forma alguma a presente invenção e as reivindicações anexa.

Reivindicações

Claims (20)

1. SISTEMA PARA REGULAR MUDANÇA DE TEMPERATURA, de componentes semicondutores dentro de um conversor, caracterizado pelo fato de que compreende: um regulador de temperatura em comunicação com pelo menos um semicondutor dentro do conversor e uma fonte de alimentação, sendo que o regulador de temperatura inclui um controlador configurado para minimizar os ciclos térmicos em pelo menos um semicondutor com o uso de potência reativa; e um detector de pico em comunicação com pelo menos um dos semicondutores e configurado para identificar uma temperatura máxima de cada semicondutor quando o semicondutor conduz alta corrente.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para executar, através de um processador, instruções de meio de computador que avaliam a temperatura do semicondutor em que o regulador de temperatura está em comunicação.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o detector de pico é configurado adicionalmente para identificar uma mudança na temperatura calculada como a diferença entre a temperatura máxima do semicondutor e a temperatura mínima do semicondutor quando o semicondutor conduz baixa corrente.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para alterar a temperatura máxima do pelo menos um semicondutor, com o uso de potência reativa, para uma temperatura que aumenta a vida útil do semicondutor.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o controlador calcula uma referência de estator ajustando-se a potência reativa do pelo menos um semicondutor de tal modo que o pelo menos um semicondutor alcance uma temperatura predeterminada.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o controlador calcula uma referência de rotor ajustando-se a potência reativa do pelo menos um semicondutor de tal modo que o pelo menos um semicondutor alcance uma temperatura predeterminada.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o controlador calcula a referência de saída de linha ajustando-se a potência reativa do pelo menos um semicondutor de tal modo que o pelo menos um semicondutor alcance uma temperatura predeterminada.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o detector de pico inclui um tempo de descarga suficiente para alcançar uma temperatura desejada do semicondutor.

9. MÉTODO PARA DETERMINAR A MUDANÇA DE TEMPERATURA, de componentes semicondutores dentro de um conversor, caracterizado pelo fato de que compreende: medir, através de um regulador de temperatura que inclui um processador, uma primeira temperatura de semicondutor em uma junção localizada no componente semicondutor; determinar, através do processador, uma temperatura de referência, com o uso de um detector de pico configurado para determinar uma temperatura máxima quando o semicondutor conduz alta corrente, e uma temperatura mínima quando o semicondutor conduz baixa corrente; somar, através do processador, a primeira temperatura de semicondutor e a temperatura de referência para gerar uma primeira soma de temperatura; comparar, através do processador, a primeira soma de temperatura com uma temperatura de refrigerante para gerar uma primeira diferença de temperatura; e circular, dentro do sistema, a potência reativa de tal modo que a primeira diferença de temperatura seja ajustada de acordo com uma quantidade de energia enviada para o conversor por uma fonte de alimentação.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: calcular, através do controlador, uma referência de estator ajustando-se a potência reativa de modo a fornecer para o pelo menos um semicondutor para que alcance a temperatura predeterminada; e comunicar a referência de estator para o gerador de tal modo que uma fonte de alimentação possa se ajustar para alterar a energia para o pelo menos um semicondutor.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente, calcular, através do controlador, uma referência de rotor ajustando-se a potência reativa de modo a fornecer para o pelo menos um semicondutor para que alcance a temperatura predeterminada; e comunicar a referência de rotor para o gerador de tal modo que a fonte de alimentação possa se ajustar para alterar a energia para o pelo menos um semicondutor.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: calcular, através do controlador, a referência de saída de linha ajustando-se a potência reativa de modo a fornecer para o pelo menos um semicondutor para que alcance a temperatura predeterminada; e comunicar a referência de saída de linha para o gerador de tal modo que a fonte de alimentação possa se ajustar para alterar a energia para o pelo menos um semicondutor.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: ajustar, dentro do sistema, a primeira temperatura de semicondutor para gerar uma segunda temperatura de semicondutor; somar, através do processador, a segunda temperatura de semicondutor e a temperatura de referência para gerar uma segunda soma de temperatura; comparar, através do processador, a segunda soma de temperatura com uma temperatura de refrigerante para gerar uma segunda diferença de temperatura; e circular, dentro do sistema, a potência reativa de tal modo que a segunda diferença de temperatura seja ajustada de acordo com uma quantidade de energia enviada para o conversor por uma fonte de alimentação.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a potência reativa é desengatada por um evento predeterminado no interior, com o regulador de temperatura.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: iterar, através do processador, a primeira temperatura de semicondutor para gerar uma temperatura de semicondutor final, através da circulação de potência reativa, de tal modo que a temperatura de semicondutor final seja ajustada de acordo com a potência enviada para o conversor por uma fonte de alimentação.

16. MÉTODO PARA MODIFICAR A MUDANÇA DE TEMPERATURA, de um componente semicondutor, dentro de um conversor, caracterizado pelo fato de que compreende: medir, através de um regulador de temperatura que inclui um processador, uma primeira temperatura de semicondutor em uma junção localizada no componente semicondutor; calcular, através do processador, uma temperatura de referência com o uso de um detector de pico configurado para determinar uma temperatura máxima quando o semicondutor conduz alta corrente, e uma temperatura mínima quando o semicondutor conduz baixa corrente; somar, através do processador, a primeira temperatura de semicondutor e a temperatura de referência para gerar uma primeira soma de temperatura; comparar, através do processador, a primeira soma de temperatura com uma temperatura de refrigerante para gerar uma primeira diferença de temperatura; circular, dentro do sistema, a potência reativa de tal modo que a segunda diferença de temperatura seja ajustada de acordo com uma quantidade de energia enviada para o conversor por uma fonte de alimentação; e iterar, através do processador, a primeira temperatura de semicondutor para gerar uma temperatura de semicondutor final através da circulação de potência reativa, de tal modo que a temperatura de semicondutor final seja ajustada de acordo com a potência enviada para o conversor por uma fonte de alimentação.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a potência reativa é desengatada por um evento predeterminado no interior, com o regulador de temperatura.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente, calcular, através do controlador, um modificador de referência de estator ajustando-se a potência reativa de modo a fornecer para o pelo menos um semicondutor para que alcance a temperatura predeterminada; e comunicar o modificador de referência de estator para o gerador de tal modo que um rotor de turbina possa se ajustar para alterar a potência para o pelo menos um semicondutor.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente, calcular, através do controlador, um modificador de referência de rotor ajustando-se a potência reativa de modo a fornecer para o pelo menos um semicondutor para que alcance a temperatura predeterminada; e comunicar o modificador de referência de rotor para o gerador de tal modo que um rotor de turbina possa se ajustar para alterar a potência para o pelo menos um semicondutor.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente, calcular, através do controlador, um modificador de referência de saída de linha ajustando-se a potência reativa de modo a fornecer para o pelo menos um semicondutor para que alcance a temperatura predeterminada; e comunicar o modificador de referência de saída de linha para o gerador de tal modo que um rotor de turbina possa se ajustar para alterar a potência para o pelo menos um semicondutor.