BR102021006866A2 - Sistema e método de alimentação de energia - Google Patents

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Abstract

sistema e método de alimentação de energia. um sistema de alimentação de energia inclui um retificador embarcado que pode ser disposto embarcado em um veículo elétrico. o retificador embarcado é configurado para receber uma corrente alternada conduzida a partir de uma estação de geração de energia através de uma linha de transmissão a uma frequência que é pelo menos a frequência de linha de transmissão de energia da concessionária. o retificador embarcado pode transformar a corrente alternada em uma corrente contínua e alimentar a corrente contínua para um sistema de propulsão elétrico do veículo para energizar o sistema de propulsão e impulsionar o veículo.

Description

SISTEMA E MÉTODO DE ALIMENTAÇÃO DE ENERGIA Referência Cruzada a Pedidos de Patente Relacionados
[001] Este pedido reivindica a prioridade ao pedido provisório de patente norte-americana No. 63/009,176, depositado em 13 de abril de 2020, e cuja inteira revelação é aqui incorporada a título de referência.
Antecedentes da Invenção Campo Técnico
[002] O objeto em questão aqui descrito se refere a sistemas e métodos que alimentam corrente elétrica para sistemas alimentados por energia para alimentar os sistemas alimentados.
Discussão da Técnica
[003] Alguns sistemas alimentados são alimentados com corrente elétrica a partir de uma localização remota por intermédio de vias condutoras. Por exemplo, alguns veículos podem ter pantógrafos que contatam cabos aéreos os quais alimentam corrente contínua (corrente contínua = CC) para os veículos através de cabos e pantógrafos. Um tipo desses veículos é o veículo de mineração operando em minas subterrâneas ou em minas abertas sobre o solo, tal como caminhões de transportes. Uma estação de geração de energia (por exemplo, uma estação de geração) pode gerar corrente alternada (corrente alternada = CA) que é intensificado para voltagens relativamente altas por intermédio de um ou mais transformadores estacionários. Essa corrente alternada (CA) gerada pode ser intensificada a até 100 kV ou mais, tal como 138 kV a 765 kV, ou algo similar, e pode ter uma frequência de 50 ou 60 Hz. Essa corrente alternada (CA) de alta voltagem e baixa frequência pode ser conduzida através de linhas de transmissão (por exemplo, catenárias) para uma ou mais subestações transformadoras não embarcadas no interior da mina que reduzem a corrente alternada (CA) de alta voltagem e baixa frequência para uma voltagem reduzida e/ou uma frequência aumentada para transmissão no interior da mina. Como um exemplo, essa voltagem reduzida para transmissão no interior da mina pode ser de 11 kV ou menos e a frequência aumentada da corrente alternada (CA) pode ser de 50 a 60 Hz. Essas subestações transformadoras são transformadores de passagem uma vez que os transformadores são todos não embarcado do veículo e não movem em conjunto com os veículos.
[004] A corrente alternada (CA) de voltagem reduzida e frequência aumentada é conduzida através das linhas de transmissão a partir das subestações transformadoras estacionárias de passagem para um ou mais retificadores não embarcados. Esses retificadores são retificadores de passagem que não estão embarcados em qualquer veículo. Por exemplo, os retificadores são estacionários e não movem com os veículos. Os retificadores convertem a corrente alternada (CA) de voltagem reduzida e frequência aumentada para corrente contínua (CC), tal como 1.8 kV a 2.4 kV DC, que é conduzido através de as linhas de transmissão para os pantógrafos dos veículos. Os veículos recebem a corrente contínua (CC) a partir das linhas de transmissão e energizam os motores de tração dos veículos para impulsionar os veículos.
[005] Um problema com esse tipo de sistema de alimentação é a necessidade de transformadores redutores de passagem, estacionários, não embarcados, e de retificadores de passagem, estacionários, não embarcados, que condicionam ou que alteram a corrente alternada (CA) conduzida ao longo das linhas de transmissão para a corrente contínua (CC) que pode ser usada pelos veículos. A corrente alternada (CA) correntemente conduzida ao longo das linhas de transmissão não pode ser usada por pelo menos alguns veículos de mineração conhecidos. Adicionalmente, a corrente alternada (CA) conduzida através das linhas de transmissão pode restringir quais componentes eletrônicos podem ser acoplados entre os motores de um veículo e das linhas de transmissão. Por causa do fator que a frequência e voltagem/voltagem de pico da corrente alternada (CA) conduzida na linha de transmissão é fixa (por exemplo, controlada por intermédio de uma fonte externa, tal como uma estação de geração de energia), os componentes eletrônicos que podem receber a corrente alternada (CA) a partir das linhas de transmissão são restritos a certos componentes eletrônicos. Os componentes eletrônicos que recebem a corrente alternada (CA) e que modificam a corrente alternada (CA) para uso pelos motores tipicamente não podem simplesmente ser desligados com outros componentes eletrônicos devido a frequência fixa e voltagem de pico da corrente alternada (CA) proporcionada pela fonte externa. Pode ser desejável ter um sistema e método que diferem a partir daqueles presentemente disponíveis.
Sumário da Invenção
[006] Em uma realização, um sistema de alimentação de energia inclui um retificador embarcado configurado para ser disposto embarcado de um veículo. O retificador embarcado pode receber uma corrente alternada conduzida a partir de estação de geração de energia através de uma linha de transmissão a uma frequência que é pelo menos aquela de uma frequência de linha de transmissão de energia da concessionária. O retificador embarcado pode transformar a corrente alternada para uma corrente contínua e para alimentar a corrente contínua para um sistema de propulsão elétrico do veículo elétrico para energizar o sistema de propulsão e impulsionar o veículo.
[007] Em uma realização, é proporcionado um método que inclui receber uma corrente alternada em um retificador embarcado disposto embarcado de um veículo. A corrente alternada é recebida pelo retificador embarcado a partir de uma estação de geração de energia através de uma linha de transmissão e a uma frequência que é pelo menos uma frequência de linha de transmissão de energia da concessionária. O método também inclui a mudança da corrente alternada para uma corrente contínua usando o retificador embarcado e a alimentação da corrente contínua a partir do retificador embarcado para um sistema de propulsão elétrico do veículo elétrico para energizar o sistema de propulsão e impulsionar o veículo.
[008] Em uma realização, um método inclui receber uma corrente alternada em uma frequência de pelo menos 50 (cinquenta) Hz embarcada em um veículo a partir de uma estação de geração de energia através de uma ou mais linhas de transmissão, retificar a corrente alternada para uma corrente contínua embarcado do veículo, e energizar um sistema de propulsão do veículo usando a corrente contínua para energizar o sistema de propulsão e impulsionar o veículo.
[009] Em uma realização, um método é proporcionado o qual inclui conduzir uma corrente alternada em uma frequência de linha de transmissão de energia da concessionária a partir de uma estação de geração de energia através de uma ou mais linhas de transmissão, receber a corrente alternada em um retificador embarcado de um veículo sem que a corrente alternada seja retificada não embarcado do veículo entre a estação de geração de energia e o veículo, retificar a corrente alternada embarcado do veículo para gerar uma corrente contínua, e energizar um ou mais motores de tração do veículo usando a corrente contínua.
Breve Descrição dos Desenhos
[010] A presente invenção pode ser entendido a partir da leitura do relatório descritivo, aqui a seguir, das realizações não limitantes com referência aos desenhos anexos, nos quais:
[011] a Figura 1 ilustra um exemplo de um sistema de alimentação de energia;
[012] a Figura 2 ilustra um outro exemplo de um sistema de alimentação de energia;
[013] a Figura 3 ilustra um outro exemplo de um sistema de alimentação de energia;
[014] a Figura 4 ilustra um outro exemplo de um sistema de alimentação de energia;
[015] a Figura 5 ilustra um outro exemplo de um sistema de alimentação de energia;
[016] a Figura 6 ilustra um fluxograma de uma realização de um método para a alimentação de energia elétrica para motores de um veículo para energizar os motores;
[017] a Figura 7 ilustra um fluxograma de uma realização de um outro método para a alimentação de energia elétrica para motores de um veículo para energizar os motores;
[018] a Figura 8 ilustra um fluxograma de uma realização de um outro método para a alimentação de energia elétrica para motores de um veículo para energizar os motores;
[019] A Figura 9 ilustra um fluxograma de uma realização de um outro método para a alimentação de energia elétrica para motores de um veículo para energizar os motores;
[020] a Figura 10 é um diagrama esquemático que ilustra uma realização de um retificador embarcado; e
[021] a Figura 11 ilustra outro exemplo do sistema de alimentação de energia mostrado na Figura 2.
Descrição Detalhada das Realizações Preferidas
[022] Realizações da presente invenção se referem a sistemas de alimentação e métodos que alimentam corrente elétrica para um veículo a partir de uma localização remota para energizar os veículo e, assim, movê-lo. Os sistemas e os métodos podem ser usados para energizar motores elétricos de veículos para impulsionar os veículo.
[023] Veículos adequados podem ser veículos de mineração, tais como caminhões de transporte em uma das realizações. Todavia, nem todas as realizações da presente invenção conforme aqui descrita, estão limitadas à energização de veículos de mineração. Por exemplo, os veículos aqui descritos podem representar veículos de trânsito, tais como veículos de transporte, ônibus elétricos, automóveis, ou similares. Pelo menos uma realização do assunto em questão inovador aqui descrito pode ser usada em conexão com a alimentação de energia elétrica para sistemas de alimentação não veiculares.
[024] A Figura 1 ilustra um exemplo de um sistema de alimentação 100. O sistema de alimentação pode ser menos desejável que uma ou mais realizações de outros sistemas de alimentação aqui descritos devido à necessidade de um ou diversos transformadores e/ou retificadores de passagem, não embarcados, estacionários. Conforme aqui mostrado, o sistema de alimentação está condutivamente acoplado com uma estação de geração de energia 102 por um transformador gerador intensificador 104, uma ou mais linhas de transmissão condutoras 106 (por exemplo, cabos, fios, ou similares), um ou mais transformadores redutores 108, uma ou mais estações de clientes 110.
[025] Na realização ilustrada, a estação de geração de energia é uma usina que gera corrente alternada (CA) em voltagens superiores a 4 kV. Em outras realizações, as voltagens podem estar em uma faixa de menos de aproximadamente 6 kV, em uma faixa de aproximadamente 6 kV a aproximadamente 6,5 kV, em uma faixa de aproximadamente 6,6 kV a aproximadamente 10 kV, em uma faixa de aproximadamente 10 kV a aproximadamente 20 kV, em uma faixa de aproximadamente 21 kV a aproximadamente 22 kV. Em diversas realizações, as voltagens de corrente alternada (CA) adequadas podem ser selecionadas de 11 kV, 13 kV e 7.200 kV. Em outras realizações, as voltagens podem ser relativamente menores, como 4,160 kV, 7,200 kV ou semelhantes. As voltagens podem ser selecionadas com referência aos parâmetros específicos da aplicação e podem não ser substituíveis em todas as aplicações.
[026] A corrente alternada (CA) gerada pode ser conduzida para o transformador gerador intensificador onde a voltagem da corrente alternada (CA) é aumentada. Em uma realização, a voltagem pode ser aumentada a 100 kV ou mais (por exemplo, 138 kV a 765 kV). Essa corrente alternada (CA) de alta voltagem pode ser conduzida através de uma ou mais linhas de transmissão para um ou mais dos transformadores redutores. Os transformadores redutores podem reduzir a voltagem da corrente alternada (CA). Em uma realização, a redução é para uma voltagem na faixa de a partir de 4 kV até 14 kV. A corrente alternada (CA) de voltagem reduzida pode ser conduzida para a estação de cliente. Estações de cliente adequadas podem ser, por exemplo, uma subestação elétrica dedicada a alimentação de corrente alternada (CA) para uma mina para energizar veículos que trabalham no interior da mina. Então, a estação de cliente direciona a corrente alternada (CA) reduzida em uma ou mais linhas de transmissão condutoras 112 do sistema de alimentação no interior da mina.
[027] A corrente alternada (CA) que é conduzida pelas linhas de transmissão no interior da mina pode ter voltagens relativamente altas. A frequência da corrente alternada (CA) que é conduzida pelas linhas de transmissão no interior da mina pode ser controlada ou restrita à frequência da corrente alternada (CA) que é conduzida a partir do lado de fora da mina. Em um exemplo, a frequência da corrente alternada (CA) conduzida nas linhas de transmissão a partir da estação de cliente pode ser uma de 50 Hz ou 60 Hz uma vez que a frequência da corrente alternada (CA) conduzida para a estação de cliente a partir da estação de alimentação através de as linhas de transmissão também pode ter uma frequência de 50 Hz ou 60 Hz.
[028] No interior da mina, o sistema de alimentação pode incluir um ou mais de transformadores de passagem estacionários e não embarcados 114 que recebem a corrente alternada (CA) reduzida a partir da estação de cliente. Os transformadores de passagem estacionários e não embarcados 114 adicionalmente reduzem (diminuem) a voltagem da corrente alternada (CA) conduzida ao longo das linhas de transmissão do sistema de alimentação. O sistema de alimentação pode incluir um ou mais retificadores de passagem estacionários e não embarcados 116. Esses retificadores convertem a corrente alternada (CA) com voltagem reduzida para corrente contínua (CC). Uma voltagem reduzida adequada pode ser em uma faixa de aproximadamente corrente contínua 1,8 kV para 2,4 kV. Embora apenas um único transformador e um único retificador estejam mostrados na Figura 1, diversos transformadores e retificadores podem ser proporcionados, especialmente onde as linhas de transmissão 112 são longas. Por exemplo, os transformadores e os retificadores podem estar espaçados e separados com uma distância repetitiva de separação regular ao longo das linhas de transmissão.
[029] Cada uma das linhas de transmissão pode necessitar ter um diâmetro relativamente grande (por exemplo, uma bitola baixa) devido às voltagens e frequências de pico da corrente alternada (CA) que é conduzida através das linhas de transmissão. Em uma realização, uma linha de transmissão adequada pode ser dupla (em paralelo) linhas de cobre de 150 mm2. Alguns sistemas podem ter cabos de alimentação adicionais de alumínio ou cobre que não entram em contato direto com os pantógrafos dos veículos, mas que se estendem ao longo de postes para diminuir as perdas por queda seca de resistência efetiva. Um exemplo de sistema de infraestrutura pode ter duas linhas de cobre de 150 mm2 e três linhas de alumínio de 454 mm2 que se estendem paralelamente ao poste e conectores. Linhas de transmissão menores (por exemplo, bitola maior) podem não ser capazes de conduzir corrente alternada (CA) tendo uma alta voltagem de pico e/ou uma frequência alta em uma mina ou outra área.
[030] Esta corrente contínua (CC) reduzida pode ser conduzida ao longo das linhas de transmissão no interior da mina para pantógrafos ou outros coletores de corrente 118 embarcado de veículos 120 dentro da mina. (O coletor de corrente é um pantógrafo, sapata deslizante ou outro dispositivo embarcado de um veículo para conduzir energia elétrica entre uma fonte externa estacionária e o veículo quando o veículo está em movimento.) Embora apenas um único veículo seja mostrado, diversos veículos podem simultaneamente receber corrente contínua (CC) dos retificadores através das linhas de transmissão. Esses veículos podem ser veículos de mineração ou outros veículos com um sistema de propulsão (por exemplo, motores de tração elétrica 122) condutivamente acoplado aos pantógrafos dos veículos. Os veículos podem ter cargas auxiliares além do sistema de propulsão. Cargas auxiliares adequadas podem incluir ferramentas elétricas, aquecimento e resfriamento, tomada de força, sistemas de comunicação e semelhantes. Os motores de tração podem ser alimentados pela corrente contínua recebida das linhas de transmissão do sistema de alimentação para impulsionar os veículos. Os veículos adequados podem ter baterias que podem ser carregadas com os pantógrafos. Os motores de tração podem ser alimentados diretamente (via eletrônica de potência) das linhas de transmissão, indiretamente da bateria ou seletivamente da bateria e da linha de transmissão. Em uma realização, outra fonte de eletricidade pode estar presente para propulsão e/ou carga auxiliar. Fontes de eletricidade adicionais adequadas podem incluir uma célula de combustível.
[031] Diversos transformadores de passagem, estacionários, não embarcados e diversos retificadores de passagem, estacionários, não embarcados podem aumentar o custo e a complexidade de um sistema de alimentação de energia em relação a um sistema de alimentação de energia que não inclui os transformadores de passagem, estacionários, não embarcados e/ou diversos diversos retificadores de passagem, estacionários, não embarcados externa.
[032] A Figura 2 ilustra um outro exemplo de um sistema de alimentação de energia 200. O sistema de alimentação de energia difere do sistema de alimentação de energia mostrado na Figura 1 de diversas maneiras. Como um exemplo, o sistema de alimentação não inclui diversos transformadores de passagem, estacionários, não embarcados ou diversos retificadores de passagem, estacionários, não embarcados. O sistema pode incluir uma ou mais linhas de transmissão 212. As linhas de transmissão adequadas podem incluir pistas condutoras. Pistas condutoras adequadas podem incluir uma ou mais catenárias, cabos, fios, terceiros trilhos eletrificados e semelhantes. O sistema de alimentação de energia pode incluir pelo menos um transformador móvel 214 embarcado e/ou pelo menos um retificador móvel 216 embarcado. O transformador e/ou o retificador podem estar embarcados em um veículo elétrico em que o transformador e/ou retificador pode ser acoplado e/ou suportado pelo veículo e se deslocar com o veículo à medida que o veículo se move. Veículos adequados podem incluir carrinhos, equipamento agrícola, equipamento de mineração, veículos de passageiros, equipamento industrial e semelhantes.
[033] Na realização ilustrada, o veículo inclui um transformador embarcado e um retificador embarcado. Conforme descrito abaixo, no entanto, o veículo pode não incluir o transformador embarcado. O sistema de alimentação de energia pode ser inteiramente disposto dentro do limite externo de uma mina acima do solo ou de uma mina subterrânea. Em diversas realizações, uma ou mais linhas de transmissão podem se estender acima, ao longo ou abaixo dos caminhos nos quais o veículo pode se mover dentro da mina. Alternativamente, o sistema de alimentação de energia pode ser parcial ou totalmente disposto fora de uma mina. O sistema de alimentação pode alimentar o(s) motor(es) de tração do veículo por meio do transformador e/ou retificador embarcados para impulsionar o veículo no interior da mina.
[034] Embora caminhões de transporte de carga eletrificados movendo-se em uma mina possam ser alimentados por catenárias aéreas e pantógrafos nos caminhões, nem todas as realizações estão limitadas a esta disposição. As linhas de transmissão podem ser trilhos eletrificados que alimentam veículos ferroviários, carrinhos ou semelhantes. Os veículos podem ser veículos ferroviários, carrinhos (que transportam passageiros ou outra carga) ou semelhantes.
[035] Um controlador 224 do veículo pode incluir circuitos de hardware que incluem e/ou estão conectados a um ou mais processadores (por exemplo, um ou mais microprocessadores, circuitos embarcados, matrizes de portas programáveis em campo, etc.) que controlam a operação do veículo conforme descrito aqui. O controlador pode controlar a operação do retificador embarcado gerando e enviando sinais de controle para interruptores do retificador embarcado (aqui descrito) para controlar se a corrente alternada (CA) obtida da(s) linha(s) de transmissão é convertida pelo retificador embarcado em corrente contínua (CC) para alimentar os motores de tração. O controlador pode receber para controlar o movimento do veículo, tais como mudanças na configuração do acelerador (por exemplo, alterando a posição de uma alavanca, pedal, etc.). Esta entrada pode ser fornecida por um operador embarcado do veículo, pelo controlador ou outro sistema de controle autônomo do movimento do veículo, a partir de um sistema de despacho fora do veículo, um operador fora do veículo, etc. Um controlador adequado pode incluir hardware transceptor sem fio (por exemplo, antenas, modems, etc.) para receber sinais de controle de um local remoto (por exemplo, um operador colocado fora do veículo) para controlar remotamente a operação do veículo.
[036] Em operação, corrente alternada (CA) multifásica pode ser conduzida a partir da estação de geração de energia para as linhas de transmissão do sistema de alimentação de energia. A linha de transmissão mostrada na vista plana da Figura 2 pode representar diversas linhas de transmissão, com cada linha de transmissão conduzindo uma fase diferente de corrente alternada (CA) a partir da estação de geração de energia para o(s) veículo(s). Por exemplo, pode haver três linhas de transmissão, cada uma conduzindo uma fase diferente de corrente alternada (CA) trifásica a partir da estação de geração de energia. Alternativamente, corrente alternada (CA) bifásica, quadrifásica ou semelhante pode ser conduzido para o veículo a partir da estação de geração de energia através do mesmo número de linhas de transmissão.
[037] Este corrente alternada (CA) pode ser recebida diretamente pelo veículo a partir das linhas de transmissão. Por exemplo, em vez de o veículo receber corrente contínua (CC) a partir das linhas de transmissão, como o veículo do exemplo da Figura 1, o veículo pode receber corrente alternada (CA) a partir das linhas de transmissão. Esta corrente alternada (CA) não é retificada por nenhum retificador externo, mas é conduzida para o transformador embarcado do veículo coma corrente alternada (CA). O transformador embarcado do veículo pode diminuir (por exemplo, reduzir) a voltagem da corrente alternada (CA). Por exemplo, a estação de geração de energia pode fornecer corrente alternada (CA) em, através ou através das linhas de transmissão com uma voltagem de pico. Em outra realização, a voltagem pode ser controlada para estar entre um pico positivo (ou superior) e um pico negativo (ou inferior) da forma de onda corrente alternada (CA). Ao usar uma voltagem de pico, uma voltagem de pico adequada pode ser de pelo menos 4 kV em uma realização. Em outra realização, a voltagem de pico pode ser de pelo menos 10 kV. Em outra realização, a voltagem de pico pode ser de pelo menos 11 kV. Em ainda outra realização, a voltagem de pico pode ser de pelo menos 13 kV. Em algumas realizações, a voltagem pode ser selecionada de modo que a voltagem de pico seja menor do que uma voltagem na qual uma linha de transmissão pode falhar ou superaquecer. Opcionalmente, a voltagem de pico pode estar na faixa de cerca de 4 kV a cerca de 25 kV. A seleção de uma voltagem de pico pode ser feita com referência aos parâmetros específicos da aplicação. Esses parâmetros podem incluir um ou mais da corrente elétrica, a bitola do fio, a aplicação de uso final, a duração da carga, a taxa de rampa de carga, fatores ambientais, fatores de fornecimento elétrico e semelhante.
[038] O aumento das voltagens pode representar um risco de segurança para os operadores, quando a conexão do veículo à linha neutra (do sistema de alimentação) é perdida, a desconexão do veículo à linha neutra pode fazer com que a voltagem de referência do veículo flutuar para voltagens indesejáveis ou relativamente altas. Por exemplo, a carroceria e/ou chassi do veículo pode estar em um alto potencial ou voltagem devido à voltagem fornecida através das linhas de transmissão. Em uma realização, o veículo pode entrar em contato com a linha de transmissão e/ou receber voltagem através da linha de transmissão apenas enquanto o veículo está em movimento. O sistema pode ser configurado de forma que os operadores não consigam tocar os veículos enquanto se movem (por regra, regulamento ou capacidade de alcançar os veículos).
[039] Em uma realização, o transformador que fornece a corrente para as linhas de transmissão pode incluir uma derivação central. Esta derivação central pode reduzir a flutuação do veículo (por exemplo, a voltagem ou potencial da carroceria ou chassi do veículo quando desconectada da linha neutra) em relação a nenhuma derivação central estar presente. Por exemplo, a derivação central pode cortar ou reduzir a voltagem ou potencial máximo da carroceria ou chassi do veículo pela metade (em relação a um transformador que não inclui a derivação central).
[040] Adicionalmente ou alternativamente, o veículo pode incluir um interruptor (por exemplo, como um contator, um disjuntor ou semelhante) que pode abrir e desconectar o veículo da linha de transmissão em resposta à detecção de que o veículo não está mais conectado para uma linha neutra. Por exemplo, o veículo pode ter diversos (por exemplo, dois) coletores de corrente em contato com as linhas de transmissão. Cada um desses coletores de corrente pode receber uma corrente alternada (CA) monofásica de uma linha de transmissão diferente. Se a voltagem de qualquer corrente alternada (CA) monofásica para uma referência (por exemplo, o chassi do veículo ou o aterramento para o sistema de alimentação de energia) não exceder um limite designado dentro de um período de tempo designado. Um limite designado adequado pode ser 40 V ou outro valor. Em um exemplo, o período de tempo designado pode ser 1/f, onde f é a frequência de energia fundamental do AC. A voltagem de referência pode ser medida como uma amplitude (por exemplo, a voltagem do pico positivo ou negativo de corrente alternada (CA)), valor médio quadrático da voltagem de corrente alternada (CA) ou uma leitura direta da voltagem de corrente alternada (CA). O interruptor pode abrir em resposta à voltagem medida excedendo o limite dentro do período de tempo designado.
[041] Adicionalmente ou alternativamente, um controlador pode operar o sistema de modo que uma voltagem máxima permitida para ser conduzida através das linhas de transmissão possa ser limitada a um valor que os pneus do veículo podem isolar e impedir de ser conduzida para o solo (no caso de uma falha de aterramento, onde um dos condutores de energia está em curto com a referência de aterramento do veículo). O menor tamanho de pneu para os veículos pode ser usado para calcular a voltagem máxima permitida a ser conduzida das linhas de transmissão para o veículo. Por exemplo, os menores pneus do veículo que podem ser conectados às linhas de transmissão podem ter um raio de sessenta polegadas, mas com um aro condutor de cinquenta e sete polegadas de diâmetro e um caminho de 31,5 polegadas entre o chassi e a referência de aterramento. Um aumento de voltagem padrão para o ambiente em que os veículos operam (por exemplo, a distância em que diversas voltagens podem saltar ou ser transmitidas) pode ser de três polegadas por 2 kV e o entreferro ou salto de voltagem através dos entreferros pode ser de aproximadamente uma polegada por 2 kV. O sistema pode assumir um limite conservador de modo que haja uma distância reta de trinta polegadas ou perfil entre a parte condutora do veículo (por exemplo, o aro) e a superfície na qual os pneus do veículo estão se movendo. Com a fluência de voltagem padrão e entreferro, o sistema pode calcular e direcionar que a voltagem na linha de transmissão pode ser limitada a 20 kV. Este limite pode prevenir ou reduzir a probabilidade de a voltagem na carroceria do veículo ou chassi saltar para a superfície em caso de falha de aterramento, o que pode reduzir ou eliminar a probabilidade de danos aos pneus do veículo e/ou componentes próximos (por exemplo, devido ao fogo causado por arco).
[042] A corrente alternada (CA) pode ser conduzida nas linhas de transmissão da estação de geração de energia a uma frequência que é baseada, pelo menos em parte, em uma frequência da linha de energia da concessionária. Por exemplo, a corrente alternada (CA) pode ser conduzida a partir da estação de geração de energia em frequências que são conduzidas em uma rede elétrica para uso do consumidor, tal como 50 a 60 Hz. Alternativamente, a frequência da corrente alternada (CA) conduzida a partir da estação de geração de energia e para, através e/ou através das linhas de transmissão pode ser inferior a 50 Hz. Alternativamente, a frequência da corrente alternada (CA) conduzida a partir da estação de geração de energia e para, através e/ou através das linhas de transmissão pode ser maior que 60 Hz e não mais que 1 kHz. Alternativamente, a frequência da corrente alternada (CA) conduzida a partir da estação de geração de energia e para, através e/ou através das linhas de transmissão pode ser de pelo menos 1 kHz e não mais do que 5 kHz. Alternativamente, a frequência da corrente alternada (CA) conduzida a partir da estação de geração de energia e para, através e/ou através das linhas de transmissão pode ser de pelo menos 5 kHz e não mais do que 6 kHz. Alternativamente, a frequência da corrente alternada (CA) conduzida a partir da estação de geração de energia e para, através e/ou através das linhas de transmissão pode ser uma frequência baixa, tal como menos de 50 Hz.
[043] O transformador embarcado pode receber a corrente alternada (CA) multifásica a partir das linhas de transmissão e diminuir a voltagem da corrente alternada (CA) multifásica. Por exemplo, o transformador embarcado pode ser um transformador estrela-triângulo tendo enrolamentos conectados em triângulo sobre um enrolamento primário do transformador e enrolamentos conectados em estrela ou estrela sobre o enrolamento secundário do transformador. Alternativamente, o transformador pode ser um outro tipo de transformador. O transformador pode reduzir as voltagens de pico da corrente alternada (CA) multifásica e fornecer a corrente alternada (CA) de voltagem reduzida multifásica ao retificador embarcado. Por exemplo, em diversas realizações, o transformador pode reduzir as voltagens de pico da corrente alternada (CA) multifásica de pelo menos 4 kV, pelo menos 10 kV, pelo menos 11 kV, ou pelo menos 13 kV a 1,8 kV, 2,4 kV ou entre 1,8 kV e 2,4 kV. A corrente alternada (CA) de voltagem reduzida multifásica pode ser conduzida do transformador embarcado para o retificador embarcado.
[044] O retificador embarcado pode então converter a corrente alternada (CA) multifásica em corrente contínua (CC) que pode ser fornecida a um acionador de frequência variável (VFD) 226. O acionador de frequência variável (VFD) pode incluir um ou mais inversores que convertem a corrente contínua (CC) recebida do retificador embarcado em corrente alternada (CA). O acionador de frequência variável (VFD) controla a frequência da corrente alternada (CA) usando um ou mais inversores para controlar a velocidade na qual o(s) motor(es) opera(m). Por exemplo, o controlador pode direcionar o acionador de frequência variável (VFD) para gerar a corrente alternada (CA) em diferentes frequências, dependendo de uma velocidade desejada ou saída de torque do(s) motor(es) de tração. O controlador pode direcionar o acionador de frequência variável (VFD) para gerar corrente alternada (CA) com frequências mais altas para aumentar a velocidade de rotação e/ou a saída de torque pelo(s) motor(es) de tração. Alimentar o acionador de frequência variável (VFD) com a corrente contínua (CC) do retificador embarcado permite que o veículo opere em diferentes velocidades e/ou saídas de torque em momentos diferentes.
[045] Colocar o transformador e retificador embarcado no veículo pode reduzir o custo e a complexidade do sistema de alimentação. Por exemplo, como o transformador e o retificador se movem com o veículo, a necessidade de colocar diversos transformadores e retificadores de passagem, estacionários, não embarcados em diversos locais espaçados ao longo das linhas de transmissão pode ser reduzida ou eliminada. A voltagem recebida pelo transformador e retificador embarcados do veículo pode cair pela razão de espiras do transformador (por exemplo, das bobinas no transformador), de modo que a corrente aumenta pela razão de espiras do transformador. Os fios de contato e de alimentação da linha aérea podem precisar ser dimensionados com base em uma classificação de corrente. Portanto, se a voltagem permanecer em 10 kV para transmitir 5 MW de potência, a linha pode ser dimensionada para 500 amperes (RMS). Se a voltagem cair para as voltagens de linha aérea corrente contínua (CC) tradicionais de 1400 a 2600 V (CC) para transmitir 5 megawatts, as linhas podem precisar ser dimensionadas para 3500 amperes a 1900 amperes, respectivamente.
[046] Em um outra realização, uma corrente alternada (CA) monofásica é conduzida a partir da estação de geração de energia para uma única linha de transmissão ou cada uma de múltiplas linhas de transmissão do sistema de alimentação de energia. Esta corrente alternada (CA) monofásica pode ser recebida diretamente pelo pantógrafo do veículo da(s) linha(s) de transmissão. Esta corrente alternada (CA) monofásica não é retificada por nenhum retificador externo, mas é conduzida para o transformador embarcado do veículo coma corrente alternada (CA) monofásica. O transformador embarcado do veículo pode diminuir (por exemplo, reduzir) a voltagem da corrente alternada (CA) monofásica. Por exemplo, as linhas de transmissão podem conduzir a corrente alternada (CA) monofásica a partir da estação de geração de energia com uma voltagem de pico de pelo menos 4 kV. Em outras realizações, o pico pode estar em uma faixa de pelo menos cerca de 10 kV a cerca de 13 kV. Dependendo da aplicação de uso final, o valor de pico pode ser selecionado para ser uma voltagem menor que aquela em que as linhas de transmissão falhariam ou superaqueceriam. A corrente alternada (CA) pode ser conduzida nas linhas de transmissão da estação de geração de energia em baixas frequências. Baixas frequências adequadas podem estar em uma faixa de aproximadamente 50 Hz, aproximadamente 60 Hz ou semelhantes.
[047] O transformador embarcado pode receber a corrente alternada (CA) monofásica da linha de transmissão e diminuir a voltagem da corrente alternada (CA) monofásica. O transformador pode fornecer a voltagem reduzida corrente alternada (CA) monofásica para o retificador embarcado. Por exemplo, o transformador pode reduzir as voltagens de pico da corrente alternada (CA) monofásica a pelo menos 4 kV. Em outras realizações, a redução é de pelo menos 10 kV ou pelo menos 11 kV. Em outras realizações, a redução pode ser de pelo menos 13 kV a cerca de 1,8 kV. A corrente alternada (CA) monofásica de voltagem reduzida pode ser conduzida a partir do transformador embarcado para o retificador embarcado. O retificador embarcado pode então converter a corrente alternada (CA) monofásica em corrente contínua (CC) que é fornecida ao acionador de frequência variável (VFD). O acionador de frequência variável (VFD) pode gerar corrente alternada (CA) com uma frequência que é controlada pelo controlador para acionar um motor de tração.
[048] Em uma realização, o sistema de alimentação de energia pode incluir um dispositivo de armazenamento de energia 234. Um dispositivo de armazenamento de energia adequado pode ter uma ou mais baterias recarregáveis que podem receber pelo menos parte da corrente contínua (CC) alimentada pelo retificador embarcado. O dispositivo de armazenamento de energia pode armazenar energia elétrica do barramento corrente contínua (CC). Esta corrente contínua (CC) pode ser usada para alimentar um ou mais dispositivos auxiliares (por exemplo, dispositivos que não operam para impulsionar o veículo) e/ou para alimentar o(s) motor(es) através do acionador de frequência variável (VFD). Alternativamente, o dispositivo de armazenamento de energia pode incluir uma ou mais células de combustível, capacitores (por exemplo, super ou ultracapacitores), volantes, recipientes de ar comprimido, eletrolisadores e semelhantes.
[049] A corrente alternada (CA) conduzida pelas ou através das linhas de transmissão pode ter uma frequência diferente daquelas frequências descritas acima. Por exemplo, em vez de ter uma frequência baixa de 50 a 60 Hz, a corrente alternada (CA) conduzida nas linhas de transmissão pela estação de geração de energia pode ter uma frequência de pelo menos 4 kHz. Em outra realização, a frequência da corrente alternada (CA) pode ser de pelo menos 5 kHz. Em outra realização, a frequência da corrente alternada (CA) pode ser de pelo menos 6 kHz. Opcionalmente, a frequência da corrente alternada (CA) pode estar na faixa de cerca de 1 kHz a 10 kHz. Uma corrente alternada (CA) de frequência mais alta conduzida através das linhas de transmissão pode permitir o tamanho e peso do transformador embarcado em relação à corrente alternada (CA) de frequência mais baixa conduzida através das linhas de transmissão, enquanto recebe a mesma (ou maior) densidade de potência das linhas de transmissão. Por exemplo, uma frequência corrente alternada (CA) de 5 kHz pode aumentar a densidade de potência da corrente alternada (CA) recebida pelo transformador embarcado em relação a frequências menores. O uso de um transformador menor e mais leve pode reduzir o peso e o tamanho do veículo no qual o transformador embarcado é transportado. Isso pode permitir que o veículo transporte maiores quantidades de carga ou massa em relação aos veículos que transportam transformadores maiores e/ou mais pesados a bordo.
[050] Em uma realização, o retificador embarcado inclui interruptores que são controlados (pelo retificador embarcado e/ou pelo controlador) para converter a corrente alternada (CA) reduzida recebida a partir do transformador embarcado em corrente contínua (CC) para alimentar o(s) motor(es). Esses interruptores podem ser interruptores semicondutores, como interruptores semicondutores de silício dopado. Alternativamente, os interruptores podem ser interruptores semicondutores que tem desempenho superior aos interruptores semicondutores de silício dopado. Por exemplo, os interruptores no retificador podem operar para controlar a condução de corrente alternada (CA) através do retificador com perdas menores do que interruptores de silício dopados, como interruptores de carboneto de silício (SiC), interruptores de nitreto de gálio (GaN) ou semelhantes. A Figura 10 ilustra um exemplo do retificador embarcado. Conforme mostrado, o retificador embarcado pode incluir interruptores 1002 que são controlados (pelo retificador embarcado e/ou pelo controlador) para converter a corrente alternada (CA) reduzida recebida a partir do transformador embarcado (por exemplo, via "AC-Side" na Figura 10) em corrente contínua (CC) para alimentar o(s) motor(es) (por exemplo, via "Motor Side” na Figura 10). Os interruptores adequados podem ser interruptores semicondutores. interruptores semicondutores adequadas podem incluir interruptores semicondutores de silício dopado, interruptores semicondutores de nitreto de gálio e interruptores semicondutores de carboneto de silício. Um retificador adequado pode receber corrente alternada (CA) trifásica (conforme mostrado na Figura 10 pelas três entradas do lado CA) ou pode ser selecionado para receber corrente alternada (CA) de seis, doze, dezoito, vinte e quatro fases. A seleção pode ser feita com base em parâmetros específicos da aplicação.
[051] A Figura 3 ilustra outro exemplo de um sistema de alimentação de energia 300. O sistema de alimentação de energia 300 difere do sistema de alimentação de energia mostrado na Figura 2 pelo fato que o veículo não inclui um transformador embarcado entre a(s) linha(s) de transmissão e o retificador embarcado. Em vez disso, um ou mais transformadores de passagem, estacionários, não embarcados 314 podem ser acoplados ou dispostos ao longo da linha de transmissão. O(s) transformador(es) de passagem, estacionários, não embarcados podem reduzir a voltagem de pico da corrente alternada (CA) conduzida ao longo ou através da(s) linha(s) de transmissão antes que a corrente alternada (CA) seja recebida pelo retificador embarcado através do(s) pantógrafo(s). O retificador embarcado pode, então, converter a corrente alternada (CA) reduzida para corrente contínua (CC) que é fornecida ao VFD para alimentar e controlar o(s) motor(es) do veículo, conforme descrito acima. Como o veículo ainda tem o acionador de frequência variável (VFD), o veículo pode se mover em diferentes velocidades em resposta ao acionador de frequência variável (VFD), alterando a frequência da corrente alternada (CA) que é emitida pelo acionador de frequência variável (VFD) para o(s) motor(es). Remover o transformador embarcado (mostrado na Figura 2) do veículo e usar o(s) transformador(es) 314 pode aumentar o custo do sistema de alimentação, mas pode reduzir o peso carregado pelo veículo. Isso pode permitir que o veículo transporte cargas maiores ou carga em relação a um ou mais dos veículos que transportam os transformadores a bordo.
[052] A Figura 4 ilustra outro exemplo de um sistema de alimentação de energia 400. Este sistema de alimentação de energia pode incluir o transformador embarcado descrito acima, mas não inclui o retificador embarcado descrito acima. Em vez disso, o sistema de alimentação de energia inclui um ou mais interruptores 430 dispostos entre o(s) pantógrafo(s) do veículo e o transformador embarcado. Os interruptores adequados podem incluir, por exemplo, contatores eletromecânicos ou relés e/ou podem incluir transistores de potência ou outros dispositivos de comutação de estado sólido; nos desenhos, os interruptores são mostradas como contatores, a título de exemplo. Em uma realização, o interruptor ou interruptores incluem um ou mais contatores trifásicas.
[053] Os interruptores são operáveis para conectar ou interromper uma conexão condutiva entre o(s) pantógrafo(s) e o transformador embarcado. Os interruptores podem ser controlados pelo controlador para abrir ou fechar. Quando os interruptores estão abertos, a corrente alternada (CA) conduzida através da(s) linha(s) de transmissão da estação de geração de energia não pode ser conduzida através do(s) pantógrafo(s) para o transformador embarcado. Como resultado, o(s) motor(es) podem não ser alimentados e não podem impulsionar o veículo usando o corrente alternada (CA) da(s) linha(s) de transmissão. Quando os interruptores estão fechados, a corrente alternada (CA) conduzida através da(s) linha(s) de transmissão da estação de geração de energia é conduzida através do(s) pantógrafo(s) para o transformador embarcado.
[054] O transformador embarcado pode reduzir a voltagem de pico da corrente alternada (CA) recebida da(s) linha(s) de transmissão antes que a corrente alternada (CA) seja conduzida para o(s) motor(es) de tração do veículo. A corrente alternada (CA) reduzida do transformador embarcado pode ser conduzida através de um ou mais caminhos condutores 428 a bordo do veículo (por exemplo, cabos, fios, ônibus, etc.) para o(s) motor(es) de tração. O(s) motor(es) de tração podem ser alimentados eletricamente pela corrente alternada (CA) reduzida para impulsionar o veículo. Como a frequência da corrente alternada (CA) conduzida na(s) linha(s) de transmissão e reduzida pelo transformador embarcado não é modificada, o(s) motor(es) de tração podem ser limitados a operar em uma única velocidade que corresponde a essa frequência. Por exemplo, porque a frequência da corrente alternada (CA) não muda, o(s) motor(es) de tração podem girar as rodas do veículo a uma velocidade fixa ou constante.
[055] Conforme mostrado na Figura 4, o sistema de alimentação de energia pode não incluir um retificador (embarcado ou não) entre a estação de geração de energia e o veículo. Por exemplo, nenhum retificador pode alterar a corrente alternada (CA) (ou qualquer parte da CA) para corrente contínua (CC) entre a estação de geração de energia e o(s) motor(es) do veículo.
[056] A Figura 5 ilustra um outro exemplo de um sistema de alimentação de energia 500. Este sistema de alimentação de energia difere dos outros sistemas de fonte de alimentação pelo fato que o sistema de alimentação de energia não inclui nenhum transformador ou retificador embarcado. Além disso, o sistema de alimentação de energia pode incluir um ou mais dos transformadores externos que reduzem, ou diminuem, a voltagem de pico da corrente alternada (CA) fornecida pela estação de geração de energia. O(s) transformador(es) não embarcados(s) podem reduzir a voltagem de pico a um nível que pode ser usado para alimentar diretamente o(s) motor(es) de tração do veículo. A corrente alternada (CA) reduzida pode ser conduzida ao veículo por meio da(s) linha(s) de transmissão e do(s) pantógrafo(s). O controlador pode controlar a condução da corrente alternada (CA) reduzida da(s) linha(s) de transmissão e do(s) pantógrafo(s) para o(s) motor(es) usando os contatores ou outros interruptores, conforme descrito acima.
[057] A corrente alternada (CA) reduzida recebida da(s) linha(s) de transmissão pode ser conduzida através das vias condutivas a bordo do veículo para o(s) motor(es) de tração. O(s) motor(es) de tração podem ser acionados eletricamente pela corrente alternada (CA) reduzida para impulsionar o veículo. Como a frequência da corrente alternada (CA) conduzida na(s) linha(s) de transmissão e reduzida pelo transformador embarcado não é modificada, o(s) motor(es) de tração podem ser limitados a operar em uma única velocidade que corresponde a essa frequência. Por exemplo, porque a frequência da corrente alternada (CA) não muda, o(s) motor(es) de tração podem girar as rodas do veículo a uma velocidade fixa ou constante. Em uma realização, o sistema de alimentação de energia pode não incluir quaisquer retificadores (a bordo ou não) entre a estação de geração de energia e o veículo. Por exemplo, nenhum retificador pode alterar a corrente alternada (CA) (ou qualquer parte da CA) para corrente contínua (CC) entre a estação de geração de energia e o(s) motor(es) do veículo.
[058] A Figura 6 ilustra um fluxograma de uma realização de um método 600 para alimentação de energia elétrica ao(s) motor(es) de um veículo para alimentar os motores. O método descreve a operação de um ou mais dos sistemas de fonte de alimentação aqui descritos. Por exemplo, o método descreve a operação do sistema de alimentação de energia mostrado na Figura 2. Na etapa 602, corrente alternada (CA) é recebida em um transformador embarcado de um veículo de uma ou mais linhas de transmissão e através de um ou mais corpos condutores, como um ou mais pantógrafos. Opcionalmente, uma escova, show condutor ou outro corpo condutor pode ser usado. Na etapa 604, a voltagem de pico da corrente alternada (CA) é reduzida pelo transformador embarcado. Na etapa 606, a corrente alternada (CA) reduzida é recebida em um retificador que também está disposto a bordo do veículo. Na etapa 608, o retificador embarcado muda a corrente alternada (CA) diminuído para DC. Na etapa 610, a saída corrente contínua (CC) pelo retificador é recebida em um conversor de frequência. Na etapa 612, o conversor de frequência gera uma corrente de frequência variável (por exemplo, corrente alternada (CA) tendo uma frequência que pode mudar com base no controle da corrente de frequência variável). Na etapa 614, esta corrente de frequência variável é fornecida a um ou mais motores de tração elétrica (por exemplo, os motores) do veículo para alimentar e controlar a velocidade dos motores. A velocidade dos motores pode ser controlada alterando a frequência da corrente de frequência variável.
[059] A Figura 7 ilustra um fluxograma de uma realização de outro método 700 para alimentação de energia elétrica ao(s) motor(es) de um veículo para alimentar os motores. O método descreve a operação de um ou mais dos sistemas de fonte de alimentação aqui descritos. Por exemplo, o método descreve a operação do sistema de alimentação de energia mostrado na Figura 3. Na etapa 702, corrente alternada (CA) é recebido em um transformador que está fora de bordo de um veículo. O transformador externo pode receber corrente alternada (CA) de uma ou mais linhas de transmissão. Na etapa 704, a voltagem de pico da corrente alternada (CA) é reduzida pelo transformador externo. Esta corrente alternada (CA) reduzida pode ser conduzida de volta para a(s) linha(s) de transmissão e conduzida em direção a um ou mais veículos. Na etapa 706, a corrente alternada (CA) reduzida é recebida em um retificador que também está disposto a bordo do veículo. A corrente alternada (CA) reduzida pode ser recebida pelo retificador por meio de um ou mais corpos condutores do veículo, como pantógrafos, escovas, sapatas condutoras ou semelhantes. Na etapa 708, o retificador embarcado muda a corrente alternada (CA) diminuído para DC. Na etapa 710, a saída corrente contínua (CC) pelo retificador é recebida em um conversor de frequência. Na etapa 712, o conversor de frequência gera uma corrente de frequência variável (por exemplo, corrente alternada (CA) tendo uma frequência que pode mudar com base no controle da corrente de frequência variável). Na etapa 714, esta corrente de frequência variável é fornecida a um ou mais motores de tração elétrica (por exemplo, os motores) do veículo para alimentar e controlar a velocidade dos motores. A velocidade dos motores pode ser controlada alterando a frequência da corrente de frequência variável.
[060] A Figura 8 ilustra um fluxograma de uma realização de outro método 800 para alimentação de energia elétrica ao(s) motor(es) de um veículo para alimentar os motores. O método descreve a operação de um ou mais dos sistemas de fonte de alimentação aqui descritos. Por exemplo, o método descreve a operação do sistema de alimentação de energia mostrado na Figura 4. Na etapa 802, corrente alternada (CA) é recebido em um transformador que está a bordo de um veículo de uma ou mais linhas de transmissão. A corrente alternada (CA) pode ser recebida por meio de um ou mais corpos condutores do veículo, como pantógrafos, sapatas condutoras, escovas, etc. Na etapa 804, a voltagem de pico da corrente alternada (CA) é reduzida pelo transformador embarcado. O pico de voltagem pode ser reduzido sem alterar a frequência do AC. Na etapa 806, a corrente alternada (CA) reduzida pode ser conduzida do transformador embarcado para o(s) motor(es) do veículo. Por exemplo, a corrente alternada (CA) reduzida pode ser conduzida aos motores elétricos do veículo sem alterar a frequência da corrente alternada (CA) ou converter corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC). A frequência fixa corrente alternada (CA) pode ser conduzida para o(s) motor(es) para alimentar o(s) motor(es) para operar em uma única velocidade, conforme descrito acima.
[061] A Figura 9 ilustra um fluxograma de uma realização de um outro método 900 para alimentação de energia elétrica ao(s) motor(es) de um veículo para alimentar os motores. O método descreve a operação de um ou mais dos sistemas de fonte de alimentação aqui descritos. Por exemplo, o método descreve a operação do sistema de alimentação de energia mostrado na Figura 5. Na etapa 902, corrente alternada (CA) é recebido em um transformador que está fora de bordo de um veículo de uma ou mais linha(s) de transmissão. Na etapa 904, a voltagem de pico da corrente alternada (CA) é reduzida pelo transformador externo. O pico de voltagem pode ser reduzido sem alterar a frequência do AC. A corrente alternada (CA) reduzida pode ser conduzida de volta para a linha de transmissão em direção ao veículo. Na etapa 906, a frequência fixa corrente alternada (CA) reduzida pode ser recebida pelo veículo a partir da(s) linha(s) de transmissão. Por exemplo, a corrente alternada (CA) pode ser recebida por meio de um ou mais corpos condutores do veículo, como pantógrafos, sapatas condutoras, escovas, etc. Na etapa 908, a corrente alternada (CA) é conduzida do para o(s) motor(es) do veículo. Por exemplo, a corrente alternada (CA) de frequência fixa reduzida pode ser conduzida aos motores elétricos do veículo sem alterar a frequência de corrente alternada (CA) ou converter corrente alternada (CA) em DC. A frequência fixa corrente alternada (CA) pode ser conduzida para o(s) motor(es) para alimentar o(s) motor(es) para operar em uma única velocidade, conforme descrito acima.
[062] A Figura 11 ilustra outro exemplo do sistema de alimentação de energia semelhante ao mostrado na Figura 2. O sistema de alimentação de energia pode incluir um transformador abaixador de beira de estrada que está fora dos veículos e que recebe corrente alternada (CA) da estação de geração de energia. Este transformador pode receber 13 kV, corrente alternada (CA) trifásica a partir da estação de geração de energia e reduzir esta corrente alternada (CA) para 480 V, corrente alternada (CA) trifásica (na frequência de 60 Hz). Alternativamente, a corrente pode ser reduzida para outra voltagem. Esta corrente alternada (CA) reduzida pode ser dividida e conduzida por meio de cabos ou outros condutores para conversores DC para AC. Conversores adequados podem ser inversores e podem ser interruptores que convertem a corrente alternada (CA) recebida do transformador de beira de estrada para uma voltagem mais alta (por exemplo, 12 a 25 kV), corrente alternada (CA) monofásica. O transformador de beira de estrada pode diminuir a voltagem para que o interruptor possa converter a corrente alternada (CA) para a voltagem mais alta. Esta corrente alternada (CA) monofásica pode ser conduzida para o transformador externo que está fora dos veículos e que inclui ou está conectado a uma derivação central.
[063] Na realização ilustrada, cada uma das duas linhas de transmissão conduz uma corrente alternada (CA) monofásica que é fornecida ao veículo por meio do coletor de corrente. As fases da corrente alternada (CA) conduzida nas linhas de transmissão podem ser diferentes. Por exemplo, a corrente alternada (CA) conduzida nas linhas de transmissão pode ter uma diferença de fase de 180 graus. Em outra realização, a corrente alternada (CA) pode estar 180 graus fora de fase. Em outra realização, a corrente alternada (CA) conduzida nas linhas de transmissão pode ter uma diferença de fase que não é de 180 graus. As diferenças de fase adequadas podem ser selecionadas com base em parâmetros específicos da aplicação e, entre as linhas de transmissão, podem influenciar ou controlar a magnitude da voltagem fornecida ao veículo por meio do coletor de corrente. Por exemplo, uma diferença de fase de 180 graus entre os ACs pode fornecer uma grande voltagem para o veículo, enquanto uma diferença de fase de 90 graus pode fornecer metade desta maior voltagem para o veículo, nenhuma diferença de fase pode fornecer nenhuma voltagem ou a menor voltagem para o veículo e assim por diante.
[064] O transformador embarcado do veículo pode receber a corrente alternada (CA) das linhas de transmissão através do coletor de corrente. Este transformador pode reduzir a voltagem. Em um exemplo, a redução pode ser de cerca de 25 kV corrente alternada (CA) a cerca de 2,660 kV AC, ou pode ser selecionada a partir de outros valores com base, pelo menos em parte, na aplicação. A voltagem pode ser reduzida e conduzida para o retificador embarcado. No exemplo ilustrado, o transformador embarcado inclui três bobinas que conduzem separadamente o retificador corrente alternada (CA) monofásica para três corrente alternada (CA) para corrente contínua (CC) como o retificador embarcado. Cada um desses retificadores pode incluir retificadores de diodo de carboneto de silício de 1,7 kV que convertem corrente alternada (CA) em CC. Esta corrente contínua (CC) é emitida pelos retificadores para um conversor que está a bordo do veículo. O conversor pode ser um conversor corrente contínua (CC) para corrente contínua (CC) que altera a voltagem corrente contínua (CC) recebida dos retificadores. Por exemplo, o conversor pode reduzir a voltagem da corrente contínua (CC) recebida dos retificadores para uma voltagem reduzida que pode ser usada para carregar o dispositivo de armazenamento de energia que está acoplado ao conversor, conforme mostrado na Figura 11.
[065] O conversor pode se conectar com diversos conversores para corrente contínua (CC), de modo que cada um pode alterar a saída de voltagem pelo conversor. Cada um desses conversores pode ser conectado a um indutor diferente 1110, com os indutores acoplados a outro dispositivo de armazenamento de energia. Em uma realização, o veículo tem o dispositivo de armazenamento de energia acoplado ao conversor ou o dispositivo de armazenamento de energia acoplado aos indutores. Alternativamente, o veículo pode ter o dispositivo de armazenamento de energia acoplado ao conversor e o dispositivo de armazenamento de energia acoplado aos indutores.
[066] Os indutores e/ou dispositivo de armazenamento de energia podem ser acoplados a outro conversor 1112 com uma ou mais pernas tendo resistores 1114, capacitores 1116, conexões de aterramento 1118, etc., conectados em paralelo com o conversor. O conversor pode alterar a saída de voltagem pelos indutores e/ou dispositivo de armazenamento de energia antes de fornecer esta voltagem aos motores de tração do veículo. Os motores são alimentados por essa voltagem para impulsionar o veículo. Em uma realização, um ou mais dos dispositivos de armazenamento de energia podem fornecer energia elétrica (por exemplo, DC) para os motores para alimentar os motores. O veículo pode incluir um motor que opera com um gerador ou alternador embarcado do veículo para gerar corrente adicional para alimentar os motores. Alternativamente, o veículo pode não incluir nenhum motor.
[067] Enquanto a descrição acima se concentra na alimentação de corrente de fora do veículo para bordo do veículo (para alimentar os motores e/ou carregar os dispositivos de armazenamento de energia), os componentes mostrados na Figura 11 podem conduzir a saída de corrente pelo motores de volta aos dispositivos de armazenamento de energia (para carregar os dispositivos de armazenamento de energia) e/ou de volta à rede (por exemplo, a estação de geração de energia, que pode ser parte de uma rede elétrica). Por exemplo, durante a frenagem regenerativa, os motores podem gerar corrente contínua (CC) que é conduzida para o conversor (onde a voltagem da corrente contínua (CC) pode ser alterada), então, opcionalmente, para o dispositivo de armazenamento de energia entre o conversor e os indutores, através dos condutores para o outro dispositivo de armazenamento de energia (para carregar) e/ou os conversores (para alterar a voltagem da CC), para o retificador (para ser convertido em CA), para o transformador embarcado (para aumentar a voltagem), para o não embarcados transformador através do coletor de corrente (para reduzir a voltagem), para os inversores (para conversão de corrente alternada (CA) para CC) e, em seguida, para a estação de geração de energia através do transformador.
[068] Em uma realização, um sistema de alimentação de energia inclui um retificador embarcado configurado para ser disposto a bordo de um veículo elétrico. O retificador embarcado é configurado para receber uma corrente alternada conduzida de uma estação de geração de energia por meio de uma linha de transmissão em uma frequência que é pelo menos uma frequência de linha de energia elétrica. O retificador embarcado é configurado para mudar a corrente alternada em uma corrente contínua e para dar saída à corrente contínua para um sistema de propulsão elétrica do veículo elétrico para alimentar o sistema de propulsão e impulsionar o veículo elétrico. Opcionalmente, o retificador embarcado é configurado para receber a corrente alternada na frequência da linha de energia da concessionária que é de pelo menos cinquenta hertz e não mais do que sessenta hertz. Opcionalmente, o retificador embarcado é configurado para receber a corrente alternada na frequência de pelo menos cinco quilohertz, pelo menos seis quilohertz ou semelhante. Opcionalmente, o retificador embarcado é configurado para receber a corrente alternada em uma voltagem de pico de pelo menos dez quilovolts. Opcionalmente, o sistema também inclui um transformador embarcado configurado para estar a bordo do veículo elétrico e para reduzir uma voltagem de pico da corrente alternada. O transformador embarcado pode ser configurado para receber a corrente alternada da linha de transmissão e para gerar a corrente alternada com a voltagem de pico que é reduzida para o retificador embarcado.
[069] Opcionalmente, o retificador embarcado inclui uma ou mais interruptores de carboneto de silício. Opcionalmente, o retificador embarcado é configurado para receber a corrente alternada da estação de geração de energia sem a corrente alternada ser retificada por um retificador externo entre a estação de geração de energia e o veículo elétrico. Opcionalmente, o retificador embarcado é configurado para receber a corrente alternada como uma corrente monofásica. Opcionalmente, o retificador embarcado é configurado para receber a corrente alternada como uma corrente multifásica. Opcionalmente, o sistema também inclui um conversor de frequência configurado para receber a corrente contínua que é emitida pelo retificador embarcado e para emitir uma corrente de frequência variável para o sistema de propulsão elétrica do veículo elétrico. Opcionalmente, o veículo elétrico é um veículo de mineração ou um veículo de trânsito.
[070] Opcionalmente, o sistema também inclui um dispositivo de armazenamento de energia configurado para ser disposto a bordo do veículo elétrico e configurado para armazenar pelo menos parte da corrente contínua que é emitida pelo retificador embarcado. Em uma realização, é fornecido um método que inclui o recebimento de uma corrente alternada em um retificador embarcado disposto a bordo de um veículo elétrico. A corrente alternada é recebida pelo retificador embarcado de uma estação de geração de energia por meio de uma linha de transmissão e em uma frequência que é pelo menos uma frequência de linha de energia elétrica. O método também inclui mudar a corrente alternada em uma corrente contínua usando o retificador embarcado e fornecer a corrente contínua do retificador embarcado para um sistema de propulsão elétrica do veículo elétrico para alimentar o sistema de propulsão e impulsionar o veículo elétrico. Opcionalmente, a corrente alternada é recebida na frequência da linha de energia da concessionária que é de pelo menos cinquenta hertz e não mais do que sessenta hertz. Opcionalmente, a corrente alternada é recebida na frequência de pelo menos cinco quilohertz.
[071] Opcionalmente, a corrente alternada é recebida em uma voltagem de pico de pelo menos dez quilovolts. Opcionalmente, o método também inclui receber a corrente alternada em um transformador embarcado da linha de transmissão e reduzir uma voltagem de pico da corrente alternada usando o transformador embarcado antes de conduzir a corrente alternada com a voltagem de pico que é reduzida para o retificador embarcado. Opcionalmente, a corrente alternada é recebida pelo retificador embarcado da estação de geração de energia sem a corrente alternada ser retificada por um retificador de fora de bordo entre a estação de geração de energia e o veículo elétrico. Em uma realização, um método inclui receber uma corrente alternada a uma frequência de pelo menos 50 (cinquenta) Hz a bordo de um veículo elétrico de uma estação de geração de energia por meio de uma ou mais linhas de transmissão, retificando a corrente alternada em uma corrente contínua a bordo do veículo elétrico e alimentando um sistema de propulsão do veículo elétrico usando a corrente contínua para alimentar o sistema de propulsão e impulsionar o veículo elétrico.
[072] Opcionalmente, a corrente alternada é recebida na frequência de pelo menos 5 (cinco) kHz. Opcionalmente, a corrente alternada é recebida em uma voltagem de pico de pelo menos 10 (dez) kV. Opcionalmente, a corrente alternada é recebida da estação de geração de energia, embora não retifique a corrente alternada fora de bordo do veículo elétrico. Opcionalmente, a corrente alternada é recebida como uma corrente monofásica. Opcionalmente, a corrente alternada é recebida como uma corrente multifásica.
[073] Em uma realização, é fornecido um método que inclui a condução de uma corrente alternada em uma frequência de linha da concessionária de energia a partir de uma estação de geração de energia por meio de uma ou mais linhas de transmissão, recebendo a corrente alternada em um retificador embarcado de um veículo sem que a corrente alternada seja retificado fora de bordo do veículo entre a estação de geração de energia e o veículo, retificando a corrente alternada a bordo do veículo para gerar uma corrente contínua e alimentando um ou mais motores de tração elétrica do veículo usando a corrente contínua.
[074] Em uma realização, um sistema de alimentação de energia inclui um retificador embarcado configurado para ser disposto a bordo de um veículo elétrico. O retificador embarcado é configurado para receber uma corrente alternada conduzida de uma estação de geração de energia por meio de uma linha de transmissão a uma frequência de 50 Hz a 60 Hz, ou a uma frequência que é 50 Hz ou maior (por exemplo, maior que 60 Hz). O retificador embarcado é configurado para mudar a corrente alternada em uma corrente contínua e para enviar a corrente contínua para um sistema de propulsão elétrica do veículo elétrico para alimentar o sistema de propulsão e impulsionar o veículo elétrico.
[075] Em uma realização, um veículo elétrico inclui um chassi, um sistema de alimentação de energia e um sistema de propulsão elétrica. Um ou mais motores elétricos operativamente conectados a uma ou mais rodas, esteiras, hélices e semelhantes. O sistema de alimentação e o sistema de propulsão elétrica estão a bordo do veículo e são conectados e apoiados no chassi. O sistema de alimentação de energia inclui um retificador embarcado, um transformador embarcado e um coletor de corrente. O coletor de corrente é conectado eletricamente ao transformador e está configurado para entrar em contato com uma linha de transmissão enquanto o veículo está se movendo para conduzir eletricidade da linha de transmissão para o transformador. Uma saída do transformador é conectada eletricamente ao retificador. O retificador pode receber uma corrente alternada conduzida de uma estação de geração de energia através da linha de transmissão, coletor de corrente e transformador a uma frequência que é 50 Hz ou maior. O retificador pode transformar a corrente alternada em uma corrente contínua e dar saída à corrente contínua para o sistema de propulsão elétrica do veículo elétrico para alimentar o sistema de propulsão e impulsionar o veículo elétrico. O transformador pode reduzir uma voltagem de pico da corrente alternada.
[076] Conforme usado neste documento, os termos "processador" e "computador" e termos relacionados, por exemplo, "dispositivo de processamento", "dispositivo de computação" e "controlador" podem não ser limitados apenas aos circuitos embarcados referidos no arte como um computador, mas se refere a um microcontrolador, um microcomputador, um controlador lógico programável (PLC), array de portas programáveis em campo e circuito embarcado específico de aplicativo e outros circuitos programáveis. A memória adequada pode incluir, por exemplo, um meio legível por computador. Um meio legível por computador pode ser, por exemplo, uma memória de acesso aleatório (RAM), um meio não volátil legível por computador, como uma memória flash. O termo "mídia legível por computador não transitória" representa um dispositivo baseado em computador tangível implementado para armazenamento de informações de curto e longo prazo, como instruções legíveis por computador, estruturas de dados, módulos de programa e submódulos, ou outros dados em qualquer dispositivo. Portanto, os métodos descritos neste documento podem ser codificados como instruções executáveis incorporadas em um meio legível por computador tangível, não transitório, incluindo, sem limitação, um dispositivo de armazenamento e/ou um dispositivo de memória. Tais instruções, quando executadas por um processador, fazem com que o processador execute pelo menos uma parte dos métodos descritos neste documento. Como tal, o termo inclui mídia tangível legível por computador, incluindo, sem limitação, dispositivos de armazenamento de computador não transitórios, incluindo, sem limitação, mídia volátil e não volátil e mídia removível e não removível, como firmware, física e virtual armazenamento, CD-ROMS, DVDs e outras fontes digitais, como uma rede ou a Internet.
[077] As formas singulares "um", "uma" e "o" incluem referências no plural, a menos que o contexto indique claramente o contrário. "Opcional" ou "opcionalmente" significa que o evento ou circunstância subsequentemente descrito pode ou não ocorrer, e que a descrição pode incluir instâncias em que o evento ocorre e instâncias em que não ocorre. A linguagem aproximada, tal como aqui utilizada ao longo da especificação e reivindicações, pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que possa variar permissivelmente sem resultar em uma mudança na função básica à qual pode estar relacionada. Consequentemente, um valor modificado por um termo ou termos, como "cerca de", "substancialmente" e "aproximadamente", pode não ser limitado ao valor preciso especificado. Em pelo menos alguns casos, a linguagem de aproximação pode corresponder à precisão de um instrumento para medir o valor. Aqui e ao longo da especificação e reivindicações, as limitações de faixa podem ser combinadas e/ou trocadas, tais faixas podem ser identificadas e incluir todas as subfaixas contidas nelas, a menos que o contexto ou linguagem indique o contrário.
[078] O presente relatório descritivo usa exemplos para divulgar as realizações, incluindo o melhor modo, e para permitir que uma pessoa versada na técnica pratique as realizações, incluindo a fabricação e o uso de quaisquer dispositivos ou sistemas e a execução de quaisquer métodos incorporados. As reivindicações definem o escopo patenteável da divulgação e incluem outros exemplos que ocorrem aos versados na técnica. Esses outros exemplos destinam-se a estar dentro do escopo das reivindicações se eles tiverem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se eles incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais da linguagem literal das reivindicações.

Claims (20)

  1. Sistema de alimentação de energia caracterizado pelo fato que compreende:
    um retificador embarcado configurado para estar disposto embarcado em um veículo, o retificador embarcado configurado para receber uma corrente alternada conduzida a partir de uma estação de geração de energia através de uma linha de transmissão a uma frequência que é pelo menos uma frequência de linha de energia de uma concessionária, o retificador embarcado configurado para transformar a corrente alternada em uma corrente contínua, o retificador embarcado configurado para alimentar a corrente contínua para um sistema de propulsão elétrico do veículo para energizar o sistema de propulsão e, assim, impulsionar o veículo.
  2. Sistema de alimentação de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o retificador embarcado é configurado para receber a corrente alternada a uma frequência de linha de transmissão de energia da concessionária que é pelo menos 50 (cinquenta) Hertz e não mais que 60 (sessenta) Hertz.
  3. Sistema de alimentação de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o retificador embarcado é configurado para receber a corrente alternada a uma frequência de pelo menos 6 (seis) alternada na frequência kHz e a uma voltagem de pico de pelo menos 10 (dez) kV.
  4. Sistema de alimentação de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o sistema de propulsão elétrica é configurado para gerar corrente contínua adicional a partir da frenagem dinâmica e o retificador a bordo é configurado para converter a corrente contínua adicional em corrente alternada adicional que é alimentada do veículo para a linha de transmissão.
  5. Sistema de alimentação de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que adicionalmente compreende:
    um transformador embarcado configurado para estar embarcado no veículo e para reduzir uma voltagem de pico da corrente alternada, o transformador embarcado configurado para receber uma corrente alternada a partir da linha de transmissão e alimentar a corrente alternada com a voltagem de pico que está reduzida para o retificador embarcado.
  6. Sistema de alimentação de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o retificador embarcado inclui um ou mais interruptores de carboneto de silício.
  7. Sistema de alimentação de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o retificador embarcado é configurado para receber a corrente alternada a partir da estação de geração de energia sem que a corrente alternada seja retificada por intermédio de um retificador não embarcado entre a estação de geração de energia e o veículo.
  8. Sistema de alimentação de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o retificador embarcado é configurado para receber a corrente alternada como uma corrente monofásica.
  9. Sistema de alimentação de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o retificador embarcado é configurado para receber a corrente alternada como uma corrente multifásica.
  10. Sistema de alimentação de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que adicionalmente compreende:
    um acionamento de frequência variável configurado para receber a corrente contínua que é alimentada pelo retificador embarcado e para alimentar uma corrente de frequência variável para o sistema de propulsão elétrico do veículo.
  11. Sistema de alimentação de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que adicionalmente compreende um ou mais dispositivos de armazenamento de energia configurados para receber a corrente contínua a partir do retificador embarcado para carregar o um ou mais dispositivos de armazenamento de energia, o um ou mais dispositivos de armazenamento de energia configurado para descarregar a energia elétrica armazenada no um ou mais dispositivos de armazenamento de energia para alimentar um ou mais motores do sistema de propulsão elétrica do veículo para alimentar o sistema de propulsão e impulsionar o veículo.
  12. Sistema de alimentação de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que adicionalmente compreende um controlador configurado para controlar uma tensão máxima permitida a ser conduzida através de linhas de transmissão e, assim, limitar a tensão máxima a um valor determinado que é baseado, pelo menos em parte, em um valor de isolamento do veículo com relação ao solo.
  13. Sistema de alimentação de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o veículo elétrico é um veículo de mineração ou um veículo de trânsito.
  14. Método de alimentação de energia, caracterizado pelo fato que compreende:
    receber uma corrente alternada em um retificador embarcado disposto embarcado em um veículo elétrico, a corrente alternada recebida pelo retificador embarcado sendo a partir de uma estação de geração de energia através de uma linha de transmissão e a uma frequência que é pelo menos uma frequência de linha de transmissão de energia da concessionária;
    transformar a corrente alternada em uma corrente contínua usando o retificador embarcado; e
    alimentar a corrente contínua a partir do retificador embarcado para um sistema de propulsão elétrico do veículo para energizar o sistema de propulsão e impulsionar o veículo.
  15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato que a corrente alternada é recebida em uma frequência de pelo menos 5 (cinco) kHz.
  16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato que a corrente alternada é recebida em uma voltagem de pico de pelo menos 10 (dez) kV.
  17. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato que adicionalmente compreende:
    receber a corrente alternada em um transformador embarcado a partir da linha de transmissão; e
    reduzir uma voltagem de pico da corrente alternada usando o transformador embarcado antes de conduzir a corrente alternada com a voltagem de pico que é reduzida para o retificador embarcado.
  18. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato que a corrente alternada é recebida pelo retificador embarcado a partir da estação de geração de energia sem que a corrente alternada seja retificada por intermédio de um retificador não embarcado entre a estação de geração de energia e o veículo.
  19. Método de alimentação de energia, caracterizado pelo fato que compreende:
    receber uma corrente alternada a uma frequência de pelo menos 50 (cinquenta) Hz a bordo de um veículo a partir de uma estação de geração de energia através de uma ou mais linhas de transmissão;
    retificar a corrente alternada para uma corrente contínua a bordo do veículo; e
    energizar um sistema de propulsão do veículo usando a corrente contínua para energizar o sistema de propulsão e impulsionar o veículo.
  20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato que que a corrente alternada é recebida a partir da estação de geração de energia enquanto não retificando a corrente alternada não a bordo do veículo.
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