BR112012032072B1 - Inversor de tensão e processo de controle de um tal inversor - Google Patents

Inversor de tensão e processo de controle de um tal inversor Download PDF

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Abstract

inversor de tensão e processo de comando de um tal inversor. a invenção se refere a um inversos de tensão capaz de funcionar em caso de defeito de curto-circuito ou de circuito aberto. para isso, o inversor de tensão de acordo com a invenão compreende: - uma carga (1) que compreende em três fases (2,3,4), cada fase apresentando um primeiro borne (5,6,7) e um segundo borne (8,9,10);- uma primeira e uma segunda células (12,13) que compreendem cada uma delas três braços ligados entre si paralelo, cada braço compreendendo dois meios de comutações (q1/q4, q2/q5, q3/q6, q7/q10, q8/q11, q9/q12), ligados em série e um ponto médio (20,21, 22, 23, 24, 25) posicionando entre os dois meios de comutação (q1/q4, q2/q5, q3/q6, q7/q10, q8/q11, q9/q12), cada primeiro borne (5, 6, 7) de cada uma das fases sendo ligado a um dos pontos médios (20,21,22) de primeira célula (12) cada segundo borne (8,9,10) de cada uma das fases sendo ligado a um dos pontos médios (23, 24, 25) da segunda célula (13), - uma fonte de tensão (11), a primeira e a segunda células sendo cada um delas conectada á fonte contínua por intemédio de dois meios de isolamento elétrico (q13, q14, q15, q16).

Description

“INVERSOR DE TENSÃO E PROCESSO DE CONTROLE DE UM TAL INVERSOR” DOMÍNIO TÉCNICO DA INVENÇÃO [0001] A presente invenção se refere a um inversor de tensão tolerante às panes. Um tal inversor é destinado a permitir a conversão de uma tensão contínua em uma ou várias tensões alternadas, reversível em potência. A presente invenção se refere também a um processo de controle de um tal inversor.
ESTADO DA TÉCNICA ANTERIOR [0002] Numerosos inversores são utilizados para converter uma tensão contínua em uma ou várias tensões alternadas, e isso em especial no domínio aeronáutico.
[0003] Um tal inversor é geralmente conectado nos terminais de uma fonte de tensão contínua e ele transforma a tensão contínua em tensão alternada para alimentar uma carga alternada trifásica. Essa carga alternada pode ser uma máquina trifásica de corrente alternada, tal como um motor síncrono de imã permanente. Geralmente um tal inversor de tensão compreende três ramos, que compreendem cada um deles dois meios de comutação elétricos conectados na fonte de tensão contínua. Para cada um dos três ramos, o ponto médio dos meios de comutação é conectado a uma fase da carga alternada trifásica. Os meios de comutações são geralmente formados por um interruptor estático e por um diodo em antiparalelo.
[0004] Ora, no domínio aeronáutico em especial, a segurança e a confiabilidade são primordiais. É por essa razão que um tal inversor deve poder continuar a funcionar apesar da presença de uma ou várias panes internas.
[0005] Assim, o estado da técnica conhece várias configurações que permitem o funcionamento do inversor apesar da presença de um ou vários defeitos. O documento FR2892243, notadamente, descreve um inversor tolerante às panes que compreende por outro lado um quarto ramo ligado à fonte de tensão. Esse quarto ramo apresenta dois meios de comutação ligados em série e um ponto médio. O ponto médio desse quarto ramo é ligado ao neutro da carga. Em funcionamento normal do inversor, o quarto ramo está inativo. Mas, em caso de falha em um dos três outros ramos, o quarto ramo se torna ativo e ele permite controlar o potencial do neutro da carga de maneira a poder controlar a carga nos dois ramos falhos via o
2/15 ponto de neutro da carga. Assim no caso de uma carga de tipo máquina giratória elétrica, assegura-se a continuidade do campo giratório e portanto da produção de torque.
[0006] A presença desse quarto ramo permite portanto bem o funcionamento do inversor em caso de falha de um desses ramos. No entanto, com a solução apresentada nesse documento, em caso de falha em um dos ramos, a cargas só funciona em duas fases, o que leva a uma perda de potência do motor síncrono de imã permanente, e portanto a uma perda de torque ou então a um superdimensionamento prévio do motor.
EXPOSIÇÃO DA INVENÇÃO [0007] A invenção visa corrigir os inconvenientes do estado da técnica propondo para isso um inversor do qual o funcionamento é possível apesar da presença de falhas internas.
[0008] Um outro objeto da invenção é propor um inversor que não acarrete perda de torque de motor, mesmo em caso de falha interna.
[0009] Um outro objeto da invenção é propor um inversor de alta disponibilidade que apresenta um volume reduzido.
[0010] Um outro objeto da invenção é propor um inversor de tensão que pode funcionar em baixa velocidade sem se preocupar com a sobrecorrente.
[0011] Para fazer isso, é proposto de acordo com um primeiro aspecto da invenção, um inversor de tensão que compreende:
[0012] - Uma carga que compreende n fases, cada fase apresentando um primeiro terminal e um segundo terminal;
[0013] - Uma primeira e uma segunda células que compreendem cada uma delas n ramos, cada ramo compreendendo:
[0014] dois meios de comutações ligados em série, cada meio de comutação podendo ser colocado em um estado de passagem ou em um estado de bloqueio, [0015] um ponto médio posicionado entre os dois meios de comutações, [0016] cada primeiro terminal de cada uma das fases da carga sendo ligado a um dos pontos médios de primeira célula, cada segundo terminal de cada uma das
3/15 fases da carga sendo ligado a um dos pontos médios da segunda célula, [0017] - Uma fonte de tensão, [0018] quando nenhuma falha é detectada, o processo de controle compreende as etapas seguintes:
[0019] - Colocação em um estado de bloqueio dos meios de isolamento elétrico ligados à primeira célula, [0020] - Controle dos meios de comutação da primeira célula de modo a que a primeira célula forme um ponto neutro ao qual são ligadas as n fases da carga, [0021] - Colocação em um estado de passagem dos meios de isolamento elétrico ligados à segunda célula;
[0022] - Controle dos meios de comutações da segunda célula de modo a que os dois meios de comutação de um mesmo ramo da segunda célula estejam em estados opostos, um estando passante e ou outro bloqueado.
[0023] O inversor de acordo com a invenção é especialmente notável pelo fato de que ele não compreende neutro permanente. De fato, ao contrário dos inversores da arte anterior, as diferentes fases da carga não são ligadas a um ponto neutro permanente, mas a duas células, a primeira e a segunda células que são idênticas.
[0024] Os n ramos que pertencem a uma mesma célula são de preferência ligados em paralelo.
[0025] O inversor de acordo com a invenção apresenta dois modos de funcionamento normais possíveis:
[0026] - De acordo com um primeiro modo de funcionamento, cada fase da carga forma com os dois ramos aos quais ela é conectada, uma ponte em H. Nesse caso, o inversor de acordo com a invenção funciona sem neutro;
[0027] - De acordo com um segundo modo de funcionamento, uma das duas células do inversor é isolada da fonte de tensão e seus meios de comutações são tais que essa célula forma um ponto neutro, ao qual são conectadas as n fases da carga.
[0028] Em caso de defeito em uma das células do inversor, transforma-se essa célula falha em ponto neutro, graças aos meios de comutações dessa célula, e isola
4/15 se esse ponto neutro da fonte de tensão graças aos meios de isolamento elétrico que são ligados a essa célula. Assim, quando uma célula está falha, transforma-se essa célula em ponto neutro ao qual são ligadas as n fases da carga. As n fases da carga podem então continuar a funcionar normalmente via a célula não falha. A montagem de acordo com a invenção permite portanto a utilização de todas as fases em caso de defeito em um dos ramos, o que permite não perder potência em caso de defeito em um dos ramos do inversor.Assim no caso de uma carga de tipo máquina giratória elétrica, assegura-se a continuidade do campo giratório e portanto da produção de torque.
[0029] Em caso de defeito de circuito aberto em uma das fases da carga, abre-se os meios de comunicação dos dois ramos que são ligados à fase com defeito, de modo a que a fase em circuito aberto seja desconectada da fonte de tensão. O inversor de acordo com a invenção só funciona nesse caso com as n-1 fases da carga que não estão falhas.
[0030] O inversor de acordo com a invenção é especialmente vantajoso, pois qualquer que seja o número de fases da carga, somente quatro meios de isolamento elétrico são utilizados.
[0031] Por outro lado, o inversor de acordo com a invenção utiliza uma só fonte de tensão e permite portanto uma economia do número de componentes utilizados. [0032] A invenção se refere mais especialmente ao caso em que n é igual a 3. [0033] A carga é de preferência uma carga alternada trifásica, e de maneira mais preferencial ainda um motor síncrono de imã permanente.
[0034] A fonte de tensão é de preferência uma fonte de tensão contínua. Essa fonte de tensão é tradicionalmente proveniente da retificação da rede elétrica do avião; a fonte de tensão pode também ser diretamente uma rede de tensão contínua.
[0035] Vantajosamente, cada meio de comutação é constituído por um interruptor estático e por um diodo em antiparalelo.
[0036] Vantajosamente, o interruptor estático de cada meio de comutação é um transistor ou um tiristor.
5/15 [0037] Vantajosamente, cada meio de isolamento elétrico é um interruptor bidirecional.
[0038] De acordo com um modo de realização bastante preferencial, o inversor de acordo com a invenção compreende por outro lado um dispositivo de controle e de monitoramento das falhas próprio para:
[0039] - controlar os meios de comutações e os meios de isolamento elétrico;
[0040] - detectar a falha de um dos meios de comutação e [0041] - detectar a falha da ligação entre um dos terminais de uma das fases e um dos pontos médios.
[0042] De acordo com diferentes modos de realização:
[0043] - o dispositivo de controle e de monitoramento pode ser constituído por várias unidades elementares de controle e de monitoramento, cada unidade elementar de controle e de monitoramento estando encarregada de um meio de comutação ou de um meio de isolamento elétrico;
[0044] - o dispositivo de controle e de monitoramento pode ser constituído por uma só unidade de controle e de monitoramento que está encarregada de todos os meios de comutação e de todos os meios de isolamento elétrico.
[0045] Vantajosamente, o dispositivo de controle e de monitoramento é próprio para controlar o estado dos meios de comutações e dos meios de isolamento elétrico.
[0046] De acordo com um modo de realização preferencial, cada ponto médio é por outro lado conectado a um ponto neutro por intermédio de um elemento de comutação, o elemento de comutação podendo ser colocado em um estado de bloqueio ou em um estado de passagem.
[0047] Essas conexões dos pontos médios a um ponto neutro são especialmente vantajosas em caso de curto-circuito não franco em um dos meios de comutação. De fato, em caso de curto-circuito em um dos meios de comutação, tira-se proveito desse curto-circuito para transformar a célula ao qual pertence o meio de comutação em curto-circuito em ponto neutro. Ora, se o curto-circuito não é completo, isso pode acarretar um desequilíbrio da carga. A fim de corrigir esse problema, liga-se todos os
6/15 pontos médio a um ponto neutro por intermédio de elementos de comutação. Em funcionamento normal, todos os elementos de comutação estão em um estado de bloqueio, de modo que os pontos médios não estão ligados eletricamente ao neutro. Em contrapartida, em caso de curto-circuito em um dos meios de comutação, o ponto médio do ramo ao qual ele pertence é automaticamente ligado ao neutro colocando-se o elemento de comutação ao qual ele está ligado em um estado de passagem. Desse modo, força-se o curto-circuito e portanto a célula na qual o meio de comutação está em curto-circuito, forma sempre um ponto neutro perfeito.
[0048] Vantajosamente, o dispositivo de controle e de monitoramento é também próprio para detectar uma falha em um dos elementos de comutação.
[0049] Vantajosamente, o dispositivo de controle e de monitoramento é também próprio para controlar os elementos de comutação de modo a colocar os mesmos em um estado de bloqueio ou em um estado de passagem.
[0050] A invenção também se refere a um processo de controle de um inversor de acordo com a invenção, de acordo com o qual, quando nenhuma falha é detectada, o processo de controle compreende as etapas seguintes:
[0051] - Colocação em um estado de bloqueio dos meios de isolamento elétrico ligados à primeira célula, [0052] - Controle dos meios de comutação da primeira célula de modo a que a primeira célula forme um ponto neutro ao qual são ligadas as n fases da carga, [0053] - Colocação em um estado de passagem dos meios de isolamento elétrico ligados à segunda célula;
[0054] - Controle dos meios de comutações da segunda célula de modo a que os dois meios de comutação de um mesmo ramo da segunda célula estejam em estados opostos, um estando passante e ou outro bloqueante.
[0055] Assim, de acordo com esse processo, quando nenhuma falha é detectada, e portanto o inversor está em funcionamento normal, uma das duas células, que é chamada aqui de primeira célula, mas que poderia também ser a segunda célula visto que o inversor de acordo com a invenção é totalmente simétrico, é transformada em ponto neutro ao qual são ligadas todas as fases da
7/15 carga. Esse ponto neutro é isolado da fonte de tensão graças aos meios de isolamento elétrico. A segunda célula, quer dizer aquela que não é transformada em ponto neutro, continua a funcionar como as células da arte anterior, quer dizer que os meios de comutações de cada um desses ramos são colocados alternativamente em estados opostos. Assim, de acordo com esse modo de realização, o inversor de acordo com a invenção funciona, na ausência de falha, como os inversores da arte anterior que compreendessem uma só célula constituída por três ramos, o ponto médio de cada ramo sendo ligado a uma fase da carga.
[0056] De acordo com um outro modo de realização, a invenção também se refere a um processo de controle de um inversor de tensão de acordo com a invenção, no qual, quando nenhuma falha é detectada, o processo de controle compreende as etapas seguintes:
[0057] - Colocação em um estado de passagem de todos os meios de isolamento elétrico;
[0058] - Controle dos meios de comutações de modo a que cada fase forme com os dois ramos aos quais ela é ligada uma ponte em H.
[0059] De acordo com esse outro modo de realização, a carga funciona sem neutro. De fato, cada fase é ligada a dois pontos médios, cada ponto médio pertencendo a um dos ramos de uma das células.
[0060] Por “ponte em H”, entende-se uma montagem conhecida pelo profissional, na qual a fase forma a barra horizontal do H, e um ramo de cada célula forma os ramos verticais do H.
[0061] Nesse modo de funcionamento, os meios de comutação são de preferência acionados dois a dois:
[0062] - o meio de comutação superior do ramo da primeira célula está no mesmo estado que o meio de comutação inferior do ramo da segunda célula;
[0063] - o meio de comutação inferior do ramo da primeira célula está no mesmo estado que o meio de comutação superior do ramo da segunda célula;
[0064] - os meios de comutação de um mesmo ramo estão em estados opostos.
[0065] Esse modo de realização em ponte em H permite uma melhor utilização
8/15 da faixa de tensão disponível, e com potência igual, utiliza-se menos corrente do que com o processo de controle de acordo com o modo de realização precedente.
[0066] A invenção também se refere a um processo de controle de um inversor de tensão no qual, quando uma falha é detectada em um dos meios de comutação, o processo de controle compreende as etapas seguintes:
[0067] - Colocação em um estado de bloqueio dos meios de isolamento elétrico que são ligados à célula à qual pertence o meio de comutação falho;
[0068] - Controle dos outros meios de comutação da célula à qual pertence o meio de comutação falho de modo a que a célula à qual pertence o meio de comutação falho forme um ponto neutro ao qual são ligadas as n fases da carga.
[0069] Assim, de acordo com esse processo, em caso de defeito em um dos meios de comutações, controla-se os outros meios de comutação da célula à qual pertence o meio de comutação com defeito, de modo a que a célula à qual pertence o meio de comutação com defeito forme um ponto neutro, ao qual são ligadas todas as fases da carga. Desse modo, mesmo se um dos meios de comutação está com defeito, é possível continuar a utilizar todas as fases da carga.
[0070] A invenção também se refere a um processo de controle de um inversor tal que, quando uma falha é detectada na ligação entre um dos terminais de uma das fases e um dos pontos médios, o processo de controle compreende a etapa seguinte:
[0071] - Colocação em um estado de bloqueio dos meios de comutação que são ligados à fase que pertence à ligação falha.
[0072] Desse modo, quando uma das fases da carga está em circuito aberto, abre-se os dois ramos aos quais ela está ligada e é possível então continuar a utilizar todas as outras fases da carga.
[0073] A invenção se refere também a um processo de controle de um inversor de acordo com a invenção tal que, quando um defeito de curto-circuito é detectado em um dos meios de comutação, o elemento de comutação ao qual é ligado o meio de comutação em curto-circuito é colocado no estado de passagem.
[0074] A invenção se refere também a um processo de controle de um inversor
9/15 de acordo com a invenção tal que, quando nenhum defeito de curto-circuito é detectado nos meios de comutação, todos os elementos de comutação são colocados no estado de bloqueio.
[0075] Vantajosamente, o dispositivo de controle e de monitoramento do inversor de acordo com a invenção é próprio para executar as etapas dos processos de controle descritos acima.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0076] Outras características e vantagens da invenção se destacarão com a leitura da descrição que se segue, em referência às figuras anexas, que ilustram: [0077] - a figura 1, uma representação esquemática de um inversor de tensão de acordo com um modo de realização da invenção;
[0078] - a figura 2, uma representação esquemática do inversor de tensão da figura 1 em caso de curto-circuito em um dos meios de comutações;
[0079] - a figura 3, uma representação esquemática do inversor de tensões da figura 1 em caso de circuito aberto em um dos meios de comutações;
[0080] - a figura 4, uma representação esquemática do inversor de tensão da figura 1 em caso de defeito de circuito aberto na ligação entre uma das fases da carga e um dos ramos de uma das células do inversor;
[0081] - a figura 5, uma representação esquemática de um inversor de tensão de acordo com um modo de realização da invenção, [0082] - a figura 6, uma representação esquemática do inversor da figura 1 de acordo com um primeiro modo de funcionamento normal, [0083] - a figura 7, uma representação esquemática do inversor da figura 1 de acordo com um segundo modo de funcionamento normal.
[0084] Para maior clareza, os elementos idênticos ou similares são referenciados por sinais de referência idênticos no conjunto das figuras.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE UM MODO DE REALIZAÇÃO [0085] A figura 1 representa u inversor de tensão de acordo com um modo de realização da invenção. Esse inversor de tensão é um inversor trifásico destinado a modular a energia elétrica trocada entre duas fontes de energia elétrica das quais
10/15 uma é uma fonte de tensão contínua 11 e a outra uma carga 1 alternada trifásica.
Um tal inversor pode ser bidirecional em potência.
[0086] A carga 1 compreende três fases respectivamente 2, 3 e 4. A carga 1 é de preferência um motor síncrono de imã permanente.
[0087] Cada fase compreende um primeiro terminal, respectivamente 5, 6 e 7 e um segundo terminal, respectivamente 8, 9 e 10.
[0088] O inversor de tensão compreende também uma primeira célula 12 e uma segunda célula 13. Cada célula 12, 13 compreende três ramos, respectivamente 14, 15, 16 e 17, 18, 19. Os três ramos de cada célula são ligados entre si em paralelo.
[0089] Cada ramo compreende dois meios de comutações Q1/Q4, Q2/Q5, Q3/Q6, Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12. Os meios de comutação de um mesmo ramo são ligados em série. Entre dois meios de comutações de um mesmo ramo se encontra um ponto médio 20, 21, 22, 23, 24, 25.
[0090] Cada meio de comutação pode ser colocado em um estado de passagem ou em um estado de bloqueio.
[0091] Cada meio de comutação é de preferência constituído por um interruptor estático T e por um diodo D em antiparalelo. O interruptor estático é de preferência um transistor, por exemplo de tipo IGBT (transistor bipolar de porta isolada), ou um tiristor.
[0092] Cada primeiro terminal 5, 6, 7 de cada fase é conectado a um e um só dos pontos médios da primeira célula, respectivamente 20, 21, 22.
[0093] Cada primeiro segundo terminal 8, 9, 10 de cada fase é conectado a um e um só dos pontos médios da segunda célula, respectivamente 23, 24, 25.
[0094] Cada fase 2, 3, 4 forma portanto com um dos ramos da primeira célula e um dos ramos da segunda célula um aponte em H.
[0095] A primeira célula 12 é ligada ao terminal + da fonte de tensão 11 por intermédio de um primeiro meio de isolamento elétrico Q13. A primeira célula 12 é ligada ao terminal - da fonte de tensão 11 por intermediário de um segundo meio de isolamento elétrico Q14.
[0096] A segunda célula 13 é ligada ao terminal + da fonte de tensão 11 por
11/15 intermédio de um terceiro meio de isolamento elétrico Q15. A segunda célula 13 é ligada ao terminal - da fonte de tensão por intermediário de um quarto meio de isolamento elétrico Q16.
[0097] Cada meio de isolamento elétrico pode ser colocado em um estado de passagem ou em um estado de bloqueio.
[0098] Cada meio de isolamento elétrico é de preferência constituído por um interruptor que é bidirecional visto que a corrente é alternada.
[0099] O inversor de acordo com a invenção pode por outro lado compreender um estágio de filtragem 26 disposto entre a fonte de tensão 11 e a primeira e a segunda célula 12, 13.
[00100] Esse estágio de filtragem 26 compreende de preferência duas indutâncias 27, 28 em série com a fonte de tensão 11 e uma capacidade 29 em paralelo com a fonte de tensão 11.
[00101] O inversor de tensão descrito precedentemente pode funcionar de acordo com dois modos de funcionamento normais na ausência de falha.
[00102] De acordo com o primeiro modo de funcionamento normal, representado na figura 6, uma das células, seja a primeira célula, seja a segunda célula, forma um ponto neutro, enquanto o inversor funciona com a outra célula, como nos inversores da arte anterior.
[00103] Na seqüência, será suposto que o ponto neutro é formado pela segunda célula 13, mas a mesma descrição poderia ser feita no caso em que o ponto neutro fosse formado pela primeira célula visto que as duas células são perfeitamente idênticas.
[00104] Nesse caso, os dois meios de isolamento elétrico Q15 e Q16 que ligam a segunda célula 13 à fonte de tensão 11 são colocados em um estado de bloqueio de modo a que a segunda célula 13 seja desconectada da fonte de tensão 11. Por outro lado, os meios de comutações Q7 a Q12 da segunda célula 13 estão em um estado tal que a segunda célula 13 forma um ponto neutro ao qual são ligadas as três fases 2, 3, 4 da carga.
[00105] Para isso, os meios de comutações superiores Q7, Q8, Q9 são colocados
12/15 em um estado de bloqueio, enquanto que os meios de comutação inferiores Q10, Q11, Q12 são colocados em um estado de passagem, ou o inverso.
[00106] A primeira célula 12, ela, funciona como nos inversores da arte anterior. Assim, de acordo com um modo de realização preferencial, os meios de comutação de um mesmo ramo estão em estados opostos, um sendo bloqueante, enquanto que o outro é passante.
[00107] De acordo com o segundo modo de funcionamento normal, representado na figura 7, o inversor de tensão funciona sem ponto neutro. Nesse caso, os quatro meios de isolamento elétrico Q13, Q14, Q15, Q16 estão em um estado de passagem.
[00108] Por outro lado, cada fase forma com os dois ramos aos quais ela é ligada uma ponte em H na qual os dois meios de comutação de um mesmo ramo estão em estados opostos, um sendo passante enquanto que o outro está em um estado de bloqueio.
[00109] Assim, a fase 2 forma com os ramos 14 e 19 uma primeira ponte em H. A fase 3 forma com os ramos 15 e 18 uma segunda ponte em H. A fase 4 forma com os ramos 16 e 17 uma terceira ponte em H.
[00110] Por outro lado, quando o meio de comutação superior de um ramo da primeira célula está em um estado de passagem, o meio de comutação inferior do ramo da segunda célula que pertence à mesma ponte em H está também em um estado de passagem.
[00111] Assim, quando os meios de comutação Q1 e Q12 estão em um estado de passagem, os meios de comutação Q4 e Q9 estão em um estado de bloqueio e inversamente.
[00112] Do mesmo modo, quando os meios de comutação Q2 e Q11 estão em um estado de passagem, os meios de comutação Q5 e Q8 estão em um estado de bloqueio e inversamente.
[00113] Do mesmo modo, quando os meios de comutação Q3 e Q10 estão em um estado de passagem, os meios de comutação Q6 e Q7 estão em um estado de bloqueio e inversamente.
13/15 [00114] Esse modo de funcionamento normal sem ponto neutro é especialmente vantajoso pois ele permite inverter a polaridade de tensão nos terminais de cada fase e o inversor de tensão pode então funcionar em uma maior faixa de tensão. Assim, de acordo com esse modo de funcionamento, a faixa de tensão é duas vezes maior do que de acordo com o modo de funcionamento normal descrito precedentemente, quer dizer que a faixa de tensão é igual ao dobro da faixa de tensão da fonte de tensão 11.
[00115] A figura 2 representa o estado da montagem da figura 1 em caso de defeito, e mais especialmente em caso de curto-circuito no meio de comutação Q10.
[00116] Nesse caso, os dois outros meios de comutação que pertencem à mesma célula 13 que o meio de comutação Q10 em curto-circuito e que são conexos ao meio de comutação Q10 em curto-circuito, quer dizer Q11 e Q12, estão fechados (ou em um estado de passagem).
[00117] Os meios de comutação que pertencem à mesma célula 13 q eu o meio de comutação Q10 em curto-circuito, e que são opostos ao meio de comutação em curto-circuito, quer dizer Q7, Q8, Q9, estão abertos (ou em um estado de bloqueio).
[00118] Os meios de isolamento elétrico Q15 e Q16 que ligam a célula 13 à qual pertence o meio de comutação Q10 em curto-circuito são colocados em um estado de bloqueio de modo a que a célula 13 à qual pertence o meio de comutação Q10 falho seja isolada eletricamente da fonte de tensão 11.
[00119] Desse modo, a célula 13 à qual pertence o meio de comutação falho forma um ponto neutro ao qual são ligadas as três fases 2, 3, 4 da carga 1. O Inversor de acordo com a invenção pode então continuar a funcionar utilizando para isso as três fases da carga, apesar da presença de um curto-circuito em uma das células, e portanto não há perda de potência apesar da presença de um curtocircuito em um dos meios de comutação.
[00120] Nesse caso, a outra célula, que é aqui a primeira célula 12, continua a funcionar normalmente, quer dizer que os dois meios de comutação de um mesmo ramo estão em estados opostos um do outro, um estando bloqueante enquanto que o outro está passante.
14/15 [00121] A figura 3 representa o inversor da figura 1 em caso de circuito aberto em um dos meios de comutação, que é aqui o meio de comutação Q10.
[00122] Nesse caso, os meios de comutação que pertencem à mesma célula 13 que o meio de comutação Q10 em circuito aberto e que são conexos ao meio de comutação Q10 em circuito aberto, quer dizer Q11 e Q12, são colocados em um estado de passagem.
[00123] Os meios de comutação que pertencem à mesma célula 13 que o meio de comutação Q10 em circuito aberto e que são opostos ao meio de comutação Q10 em circuito aberto, quer dizer Q7, Q8, Q9 são colocados em um estado de bloqueio.
[00124] Os meios de isolamento Q15 e Q16 que ligam a célula 13 à qual pertence o meio de comutação em circuito aberto na fonte de tensão 11 são eles colocados em um estado de bloqueio de modo a que a célula 13 seja desconectada da fonte de tensão.
[00125] Assim, como no caso da figura 2, a célula à qual pertence o meio de comutação Q10 com defeito é transformada em ponto neutro utilizando para isso o meio de comutação com defeito.
[00126] A outra célula 12 continua a funcionar normalmente.
[00127] A figura 4 representa o inversor da figura 1 e caso de circuito aberto em uma das fases, que é nesse exemplo a fase 2. Mais precisamente, a ligação entre o terminal 5 da fase 2 da carga 1 e o ponto médio 20 do ramo 14 da primeira célula está em circuito aberto.
[00128] Nesse caso, todos os meios de comutação elétrica Q13, Q14, Q15, Q16 permanecem em um estado de passagem.
[00129] Os meios de comutações Q1, Q4, Q9, Q12 que estão ligados à fase 2 em circuito aberto são colocados em um estado de bloqueio de modo a desconectar a fase 2 com defeito do resto do circuito.
[00130] O inversor com defeito continua então a funcionar com as duas outras fases 3 e 4 que não estão com defeito. Assim, essas duas fases são controladas pelos meios de comutações Q2, Q3, Q5, Q6, Q7, Q8, 10, Q11.
[00131] A figura 5 representa um inversor de acordo com um outro modo de
15/15 realização da invenção. O inversor da figura 5 é idêntico àquela da figura 1 mas ele compreende por outro lado seis elementos de comutação Q17 a Q22.
[00132] Os três primeiros elementos de comutação Q17 a Q19 ligam os três pontos médios 20, 21, 22 da primeira célula 12 a um primeiro ponto neutro 30. Os três elementos de comutação Q20 a Q22 ligam os três pontos médios 23, 24, 25 da segunda célula a um segundo ponto neutro 31.
[00133] Cada elemento de comutação é de preferência constituído por um interruptor.
[00134] Em funcionamento normal do inversor, os elementos de comutação Q19 a Q22 estão em um estado de bloqueio.
[00135] Em caso de curto-circuito em um dos meios de comutação, por exemplo Q10, o elemento de comutação Q22 ao qual é ligado o ponto médio 25 do ramo ao qual pertence Q10 é colocado em um estado de passagem de modo a que o ramo ao qual pertence Q1à seja colocado em um estado de curto-circuito perfeito. Desse modo, mesmo se o curto-circuito de Q10 não for perfeito, a célula 13 à qual pertence Q1à será transformada em ponto neutro perfeito.
[00136] Os outros elementos de comutação Q20 e Q21 que ligam os pontos neutro da célula 13 à qual pertence o meio de comutação Q10 em curto-circuito podem também ser colocados em um estado de passagem desde que um dos meios de comutação da célula 13 está em curto-circuito.
[00137] Em caso de defeito de circuito aberto, os elementos de comutação permanecem no estado de bloqueio.
[00138] Em caso de defeito de curto-circuito em uma das fases da carga, por exemplo na fase 2, os elementos de comutação Q17 e Q20 que estão ligados a essa fase podem ser colocados no estado de passagem.
[00139] Naturalmente, a invenção não está limitada aos modos de realização descritos em referência às figuras e variantes podem ser consideradas sem sair do âmbito da presente invenção.

Claims (9)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Inversor de tensão que compreende:
    - uma carga (1) que compreende n fases (2, 3, 4), cada fase (2, 3, 4) apresentando um primeiro terminal (5, 6, 7) e um segundo terminal (8, 9, 10);
    - uma primeira célula (12) e uma segunda célula (13), cada uma compreendendo n ramos (14, 15, 16, 17, 18, 19), cada ramo compreendendo:
    • dois meios de comutação (Q1/Q4, Q2/Q5, Q3/Q6, Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12) ligados em série, cada meio de comutação podendo ser colocado em um estado de passagem ou em um estado de bloqueio, • um ponto médio (20, 21, 22, 23, 24, 25) posicionado entre os dois meios de comutação, cada primeiro terminal (5, 6, 7) de cada uma das fases (2, 3, 4) da carga sendo ligado a um dos pontos médios (20, 21, 22) da primeira célula (12), cada segundo terminal (8, 9, 10) de cada uma das fases (2, 3, 4) da carga sendo ligado a um dos pontos médios (23, 24, 25) da segunda célula (13),
    - uma fonte de tensão (11), caracterizado pelo fato de que a primeira célula é ligada ao terminal positivo da fonte de tensão por intermédio de um primeiro meio de isolamento elétrico e ao terminal negativo da fonte de tensão por intermediário de um segundo meio de isolamento elétrico, e em que a segunda célula é ligada ao terminal positivo da fonte de tensão por intermédio de um terceiro meio de isolamento elétrico e ao terminal negativo por intermediário de um quarto meio de isolamento elétrico, cada meio de isolamento elétrico podendo ser colocado em um estado de passagem ou em um estado de bloqueio, e em que o inversor de voltagem compreende ainda um dispositivo de controle e de monitoramento de falha configurado para:
    - controlar os meios de comutação e os meios de isolamento elétrico;
    - detectar uma falha de um dos meios de comutação, e
    - detectar uma falha da ligação entre um dos terminais de uma das fases e um dos pontos médios.
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  2. 2/6
    2. Inversor de tensão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada meio de comutação (Q1/Q4, Q2/Q5, Q3/Q6, Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12) é constituído por um interruptor estático (T) e por um diodo (D) em antiparalelo.
  3. 3. Inversor de tensão que compreende:
    - uma carga (1) que compreende n fases (2, 3, 4), cada fase (2, 3, 4) apresentando um primeiro terminal (5, 6, 7) e um segundo terminal (8, 9, 10);
    - uma primeira célula (12) e uma segunda célula (13), cada uma compreendendo n ramos (14, 15, 16, 17, 18, 19), cada ramo compreendendo:
    • dois meios de comutação (Q1/Q4, Q2/Q5, Q3/Q6, Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12) ligados em série, cada meio de comutação podendo ser colocado em um estado de passagem ou em um estado de bloqueio, • um ponto médio (20, 21, 22, 23, 24, 25) posicionado entre os dois meios de comutação, cada primeiro terminal (5, 6, 7) de cada uma das fases (2, 3, 4) da carga sendo ligado a um dos pontos médios (20, 21, 22) da primeira célula (12), cada segundo terminal (8, 9, 10) de cada uma das fases (2, 3, 4) da carga sendo ligado a um dos pontos médios (23, 24, 25) da segunda célula (13),
    - uma fonte de tensão (11), caracterizado pelo fato de que a primeira célula é ligada ao terminal positivo da fonte de tensão por intermédio de um primeiro meio de isolamento elétrico e ao terminal negativo da fonte de tensão por intermediário de um segundo meio de isolamento elétrico, e em que a segunda célula é ligada ao terminal positivo da fonte de tensão por intermédio de um terceiro meio de isolamento elétrico e ao terminal negativo por intermediário de um quarto meio de isolamento elétrico, cada meio de isolamento elétrico podendo ser colocado em um estado de passagem ou em um estado de bloqueio, e em que cada ponto médio (20, 21, 22, 23, 24, 25) é conectado a um ponto neutro (30, 31) por intermédio de um elemento de comutação (Q17, Q18, Q19, Q20,
    Petição 870190082320, de 23/08/2019, pág. 7/18
    3/6
    Q21, Q22), o elemento de comutação podendo ser colocado em um estado de bloqueio ou em um estado de passagem.
  4. 4. Processo de controle de um inversor de tensão que inclui
    - uma carga (1) que compreende n fases (2, 3, 4), cada fase (2, 3, 4) apresentando um primeiro terminal (5, 6, 7) e um segundo terminal (8, 9, 10);
    - uma primeira célula (12) e uma segunda célula (13), cada uma compreendendo n ramos (14, 15, 16, 17, 18, 19), cada ramo compreendendo:
    • dois meios de comutação (Q1/Q4, Q2/Q5, Q3/Q6, Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12) ligados em série, cada meio de comutação podendo ser colocado em um estado de passagem ou em um estado de bloqueio, • um ponto médio (20, 21, 22, 23, 24, 25) posicionado entre os dois meios de comutação, cada primeiro terminal (5, 6, 7) de cada uma das fases (2, 3, 4) da carga sendo ligado a um dos pontos médios (20, 21, 22) da primeira célula (12), cada segundo terminal (8, 9, 10) de cada uma das fases (2, 3, 4) da carga sendo ligado a um dos pontos médios (23, 24, 25) da segunda célula (13),
    - uma fonte de tensão (11), em que a primeira célula é ligada ao terminal positivo da fonte de tensão por intermédio de um primeiro meio de isolamento elétrico e ao terminal negativo da fonte de tensão por intermediário de um segundo meio de isolamento elétrico, e em que a segunda célula é ligada ao terminal positivo da fonte de tensão por intermédio de um terceiro meio de isolamento elétrico e ao terminal negativo por intermediário de um quarto meio de isolamento elétrico, cada meio de isolamento elétrico podendo ser colocado em um estado de passagem ou em um estado de bloqueio, caracterizado pelo fato de que, quando nenhuma falha interna é detectada no dito inversor de tensão, o processo compreende:
    - colocar em um estado de bloqueio os meios de isolamento elétrico (Q13, Q14) ligados à primeira célula (12),
    - controlar os meios de comutação (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) da primeira célula (12) de modo que a primeira célula (12) forme um ponto neutro ao qual são
    Petição 870190082320, de 23/08/2019, pág. 8/18
    4/6 ligadas as n fases (2, 3, 4) da carga (1),
    - colocar em um estado de passagem os meios de isolamento elétrico (Q15, Q16) ligados à segunda célula (13);
    - controlar os meios de comutação (Q7, Q8, Q9, Q10, Q11, Q12) da segunda célula (13) de modo que os dois meios de comutação de um mesmo ramo (Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12) da segunda célula (13) estejam em estados opostos, um estando em passagem e o outro em bloqueio.
  5. 5. Processo de controle de um inversor de tensão conforme definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, quando nenhuma falha interna é detectada em um dos meios de comutação (Q10) do dito inversor de tensão, o processo de controle compreende:
    - colocar em um estado de passagem os quatro meios de isolamento elétrico (Q13, Q14, Q15, Q16);
    - controlar os meios de comutação (Q1 a Q12) de modo a que cada fase (2, 3, 4) forme com dois ramos aos quais ela é ligada uma ponte em H.
  6. 6. Processo de controle de um inversor de tensão que inclui
    - uma carga (1) que compreende n fases (2, 3, 4), cada fase (2, 3, 4) apresentando um primeiro terminal (5, 6, 7) e um segundo terminal (8, 9, 10);
    - uma primeira célula (12) e uma segunda célula (13), cada uma compreendendo n ramos (14, 15, 16, 17, 18, 19), cada ramo compreendendo:
    • dois meios de comutação (Q1/Q4, Q2/Q5, Q3/Q6, Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12) ligados em série, cada meio de comutação podendo ser colocado em um estado de passagem ou em um estado de bloqueio, • um ponto médio (20, 21, 22, 23, 24, 25) posicionado entre os dois meios de comutação, cada primeiro terminal (5, 6, 7) de cada uma das fases (2, 3, 4) da carga sendo ligado a um dos pontos médios (20, 21, 22) da primeira célula (12), cada segundo terminal (8, 9, 10) de cada uma das fases (2, 3, 4) da carga sendo ligado a um dos pontos médios (23, 24, 25) da segunda célula (13),
    - uma fonte de tensão (11),
    Petição 870190082320, de 23/08/2019, pág. 9/18
    5/6 em que a primeira célula é ligada ao terminal positivo da fonte de tensão por intermédio de um primeiro meio de isolamento elétrico e ao terminal negativo da fonte de tensão por intermediário de um segundo meio de isolamento elétrico, e em que a segunda célula é ligada ao terminal positivo da fonte de tensão por intermédio de um terceiro meio de isolamento elétrico e ao terminal negativo por intermediário de um quarto meio de isolamento elétrico, cada meio de isolamento elétrico podendo ser colocado em um estado de passagem ou em um estado de bloqueio, caracterizado pelo fato de que, quando uma falha é detectada em um dos meios de comutação, o processo compreende:
    - colocar em um estado de bloqueio os meios de isolamento elétrico (Q15, Q16) que são ligados à primeira ou à segunda célula (13) à qual pertence o meio de comutação (Q10) falho;
    - controlar outros meios de comutação (Q7, Q8, Q9, Q11, Q12) da primeira ou da segunda célula (13) à qual pertence o meio de comutação falho (Q10) de modo a que a primeira ou a segunda célula (13) à qual pertence o meio de comutação falho (Q10) forme um ponto neutro ao qual são ligadas as n fases (2, 3, 4) da carga (1).
  7. 7. Processo de controle de um inversor de tensão que inclui
    - uma carga (1) que compreende n fases (2, 3, 4), cada fase (2, 3, 4) apresentando um primeiro terminal (5, 6, 7) e um segundo terminal (8, 9, 10);
    - uma primeira célula (12) e uma segunda célula (13), cada uma compreendendo n ramos (14, 15, 16, 17, 18, 19), cada ramo compreendendo:
    • dois meios de comutação (Q1/Q4, Q2/Q5, Q3/Q6, Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12) ligados em série, cada meio de comutação podendo ser colocado em um estado de passagem ou em um estado de bloqueio, • um ponto médio (20, 21, 22, 23, 24, 25) posicionado entre os dois meios de comutação, cada primeiro terminal (5, 6, 7) de cada uma das fases (2, 3, 4) da carga sendo ligado a um dos pontos médios (20, 21, 22) da primeira célula (12), cada segundo terminal (8, 9, 10) de cada uma das fases (2, 3, 4) da carga sendo ligado a
    Petição 870190082320, de 23/08/2019, pág. 10/18
    6/6 um dos pontos médios (23, 24, 25) da segunda célula (13),
    - uma fonte de tensão (11), em que a primeira célula é ligada ao terminal positivo da fonte de tensão por intermédio de um primeiro meio de isolamento elétrico e ao terminal negativo da fonte de tensão por intermediário de um segundo meio de isolamento elétrico, e em que a segunda célula é ligada ao terminal positivo da fonte de tensão por intermédio de um terceiro meio de isolamento elétrico e ao terminal negativo por intermediário de um quarto meio de isolamento elétrico, cada meio de isolamento elétrico podendo ser colocado em um estado de passagem ou em um estado de bloqueio, caracterizado pelo fato de que, quando uma falha é detectada em uma ligação entre um dos terminais de uma das fases (2) e um dos pontos médios (20), o processo de controle compreende colocar em um estado de bloqueio os meios de comutação (Q1, Q4, Q9, Q12) que são ligados à fase (2) que pertence à ligação falha.
  8. 8. Processo de controle de um inversor de tensão conforme definido na reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, quando uma falha de curto-circuito é detectada em um dos meios de comutação (Q10), o elemento de comutação (Q22) ao qual é ligado o meio de comutação em curto-circuito (Q10) é colocado no estado de passagem.
  9. 9. Processo de controle de um inversor de tensão conforme definido na reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, quando nenhuma falha de curtocircuito é detectada nos meios de comutação, todos os elementos de comutação (Q17, Q18, Q19, Q20, Q21, Q22) são colocados no estado de bloqueio.
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