BR112012033772B1 - fonte de alimentação de um sistema de elevador - Google Patents

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Abstract

fonte de alimentação,e, método para controlar a fonte de alimentação de um capacitor de arranque. uma fonte de alimentação exemplar inclui um comutador de lado de baixo e um comutador de lado de cima. um acionador controla a operação de comutador de lado de cima. um capacitor de arranque fornece energia ao acionador. uma porção de armazenamento de energia está em paralelo com o capacitor de arranque para prover controle sobre se uma voltagem do capacitador de arranque cai baixo de uma voltagem desejada. um regulador de voltagem está em paralelo com o capacitador de arranque para limitar corrente provida ao capacitador de arranque e para regular uma voltagem do capacitor de arranque.

Description

“FONTE DE ALIMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE ELEVADOR” FUNDAMENTO [001] Fontes de alimentação de arranque são conhecidas. A maioria dos circuitos de fonte de alimentação de arranque são usados em dispositivos eletrônicos de consumidores. Circuitos de acionador de portal típicos são projetados para funcionar com uma fonte de arranque, por exemplo.
[002] A Figura 1 ilustra um arranjo de fonte de alimentação de arranque típico 10 para prover energia a uma carga 12. Uma fonte de tensão 14 possui um resistor que limita corrente associado 16 e um retificador 18. Um IGBT de lado de baixo 20 comuta entre ligado e desligado de maneira conhecida. Um IGBT de lado de cima 22 é controlado por um acionador de portal superior 24. Um capacitor de arranque 26 energiza o acionador de portal superior 24.
[003] A fonte de tensão 14 carrega o capacitor de arranque 26 quando o IGBT de lado de baixo 20 é desligado, o capacitor de arranque 26 é deixado flutuando. Nesta condição, o capacitor de arranque 26 é conectado com o acionador de portal superior 24 e o emissor do IGBT de lado de cima 22. Quando o IGBT de lado de baixo 20 é desligado, a queda de tensão através dele efetivamente altera a tensão que é usada para carregar o capacitor de arranque 26. Sob estas condições, a fonte de alimentação para o acionador de portal superior 24 está desregulada. Isto é indesejável em muitas circunstâncias. Por exemplo, a fonte de alimentação desregulada se torna de uso limitado para aplicações de alta tensão.
[004] Em um arranjo de alta tensão, as quedas de tensão pelo IGBT de lado de baixo 20 pode ser significativamente comparado à fonte de tensão
14. Isto produz uma grande variação na tensão de carregamento do capacitor de arranque 26 e torna muito difícil que ela permaneça dentro da faixa de tensão desejada para o acionador de portal superior 24. A grande variação de tensão também tem um efeito negativo no desempenho de comutação dos
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IGBTs 20 e 22.
[005] Outra limitação no arranjo típico mostrado na Figura 1 é que a taxa na qual o capacitor de arranque 26 pode ser carregado é relativamente pequena. Isto requer um resistor maior 16 em série com o diodo 18. O resistor que limita corrente 16 protege o acionador de portal superior 24 a partir de uma taxa de alteração alta de tensão na partida inicial e limita a taxa na qual o capacitor de arranque 26 pode ser carregado. Para algumas situações de alta tensão, a quantidade de tempo disponível para carregar o capacitor de arranque 26 é muito limitada e sem uma taxa significativamente alta de carga, o arranjo mostrado na Figura 1 não é útil.
SUMÁRIO [006] Uma fonte de alimentação exemplar inclui um comutador de lado de baixo e um comutador de lado de alto. Um acionador controla a operação do comutador de lado de cima. Um capacitor de arranque fornece energia ao acionador. Uma porção de armazenamento de energia está em paralelo com o capacitor de arranque para prover controle sobre se uma tensão do capacitor de arranque cai abaixo de uma tensão desejada. Um regulador de tensão está em paralelo com o capacitor de arranque para limitar corrente provida ao capacitor de arranque e para regular uma tensão do capacitor de arranque.
[007] Um método exemplar para controlar a fonte de alimentação de um capacitor de arranque para um acionador que controla um comutador inclui prover um armazenamento de energia em paralelo com o capacitor de arranque. O armazenamento de energia provê controle sobre se uma tensão do capacitor de arranque cai abaixo de uma taxa desejada usada para energizar o acionador. A tensão do capacitor de arranque é regulada usando um regulador linear em paralelo com o capacitor de arranque.
[008] As várias funcionalidades e vantagens das modalidades exemplares divulgadas serão aparentes aos peritos na técnica a partir da
Petição 870190044018, de 10/05/2019, pág. 7/28 / 6 seguinte descrição detalhada. Os desenhos que acompanham a descrição detalhada podem ser brevemente descritos como se segue.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [009] Figura 1 ilustra esquematicamente um arranjo de fonte de alimentação de capacitor de arranque da técnica anterior.
[0010] Figura 2 ilustra esquematicamente um arranjo de fonte de alimentação projetado de acordo com uma modalidade desta invenção.
[0011] Figura 3 ilustra esquematicamente outro exemplo do arranjo de fonte de alimentação projetado de acordo com esta invenção.
[0012] Figura 4 ilustra esquematicamente porções selecionadas de um sistema de elevador que inclui uma fonte de alimentação projetada de acordo com uma modalidade desta invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA [0013] Figura 2 mostra esquematicamente uma fonte de alimentação para prover energia a uma carga 42. Em um exemplo, a carga 42 compreende um barramento de DC. Em um exemplo, o barramento de DC compreende um barramento de DC de alta tensão. Um exemplo inclui tensões que excedem 120 volts no barramento de DC. Em um exemplo usado para um sistema de elevador, a tensão pode estar na ordem de 750 volts e até 1200 volts.
[0014] Um comutador de lado de baixo 44 e um comutador de lado de cima 46 controlam a energia provida à carga 42. O comutador de lado de cima 46 é controlado por um acionador de energia de controle 48. Um capacitor de arranque 50 provê energia para o acionador de portal superior 48.
[0015] Uma fonte de tensão 52 está em série com um resistor que limita corrente 54 e um retificador 56. Em um exemplo, a fonte de tensão 52 compreende uma fonte de alta tensão.
[0016] O exemplo ilustrado inclui uma porção de armazenamento de energia 60 em paralelo com o capacitor de arranque 50 e um regulador de
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[0017] A porção de armazenamento de energia 60 também permite que a fonte de tensão 52 seja maior do que a tensão máxima que pode ser provida ao acionador de portal superior 48. A presença da porção de armazenamento de energia 60 também promove um carregamento mais efetivo mais rápido do capacitor de arranque 50.
[0018] O regulador de tensão 62 regula a tensão do capacitor de arranque 50. Em um exemplo, um regulador linear é usado. O regulador de tensão 62 também limita a corrente apressada ao capacitor de arranque 50, o que facilita a utilização de capacitores relativamente mais baratos.
[0019] O exemplo ilustrado permite que uma fonte de alimentação de arranque seja usada em um cenário de alta tensão, pois a porção de armazenamento de energia 60 e o regulador de tensão 62 amortecem o efeito da queda de tensão associada com o comutador de lado de baixo 44 sendo desligado. A porção de armazenamento de energia 60 e o regulador de tensão 62 também protegem o capacitor de arranque 50 e o acionador de portal superior 48 de passarem por um rápido aumento na tensão. A porção de armazenamento de energia 60 e o regulador de tensão 62 também facilitam o carregamento do capacitor de arranque 50 mais rapidamente do que o possível com arranjos de energia de arranque tradicionais.
[0020] A Figura 3 ilustra esquematicamente outro exemplo de fonte
Petição 870190044018, de 10/05/2019, pág. 9/28 / 6 de alimentação 40 na qual a porção de armazenamento de energia 60 compreende um capacitor 70. As capacitâncias do capacitor de arranque 50 e do capacitor de armazenamento de energia 70 são selecionadas de forma que a tensão no capacitor de arranque 50 não irá cair até a tensão no capacitor 70 cair abaixo aquela do capacitor de arranque 50.
[0021] O regulador de tensão 62 no exemplo da Figura 3 compreende um regulador linear que inclui um diodo Zener 72. A tensão de colapso do diodo Zener 72 é selecionada para ser mais alta do que a tensão desejada do capacitor de arranque 50 de forma que o regulador 62 é operativo para carregar o capacitor de arranque 50. Em um exemplo, a tensão de colapso do diodo Zener 72 é aproximadamente 0,7 volts maior do que a tensão desejada do capacitor de arranque 50 para energizar o acionador de portal superior 48. O regulador linear neste exemplo inclui um transistor 74 que possui sua base em série com o diodo Zener 72. Um resistor regulador 76 e capacitor regulador 78 também estão incluídos neste exemplo.
[0022] No exemplo da Figura 3, os comutadores 44 e 46 compreendem IGBTs. Outras configurações de comutador tais como um FET ou outro comutador de semicondutor podem ser usadas em alguns exemplos.
[0023] As fontes de alimentação 40 do exemplo das Figuras 2 e 3 podem ser usadas em uma variedade de situações. A Figura 4 ilustra um uso exemplar de tal fonte de alimentação dentro de um sistema de elevador 80. A fonte de alimentação 40 é usada para energizar o acionador 82 associado com uma máquina de elevador 84. O movimento de um carro de elevador 86 dentro de um poço de elevador 99 é controlado pela operação da máquina 84. Os componentes do sistema de elevador necessitam de alta tensão e a fonte de alimentação que inclui a porção de armazenamento de energia 60 e o regulador de tensão 62 permitem a utilização de uma configuração de fonte de alimentação de arranque no ambiente de sistema de elevador de alta tensão.
[0024] Uma funcionalidade das fontes de alimentação exemplares
Petição 870190044018, de 10/05/2019, pág. 10/28 / 6 mostradas é que para um acionador de elevador, não existe mais um requisito por transformadores de isolamento caros e fontes de alimentação de modo de comutador separadas para os circuitos de acionamento de portal. Em acionadores de elevador, cada um dos comutadores de energia (por exemplo, os IGBTs 44 e 46 na Figura 3) necessitam de uma fonte de alimentação isolada que pode acionar seus portais para controlar os comutadores. A abordagem típica de utilizar transformadores de isolamento e fontes de alimentação de modo de comutador separadas para os circuitos de acionamento de portal tende a adicionar custo significativo a uma fonte de alimentação de acionador de sistema de elevador. Com o arranjo exemplar ilustrado, economias de energia são possíveis e uma solução robusta para energizar o acionador de portal superior 48 é realizada.
[0025] Os exemplos ilustrados proveem uma solução ótima de espaço e custo para uma fonte de alimentação de acionador de portal IGBT superior. As fontes de alimentação exemplares minimizam restrições que de outra forma eram impostas em uma modulação de largura de pulso permitindo carregamento mais rápido e um mínimo maior no tempo para a comutação de lado de baixo.
[0026] A descrição anterior é exemplar ao invés de limitante por natureza. Variações e modificações aos exemplos divulgados podem ser aparentes aos peritos na técnica que não necessariamente fogem da essência desta invenção. O escopo legal de proteção dado a esta invenção pode apenas ser determinado estudando as seguintes reivindicações.

Claims (11)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Fonte de alimentação de um sistema de elevador, compreendendo:
    um comutador de lado de baixo (44);
    um comutador de lado de cima (46);
    um acionador (48) que controla a operação do comutador de lado de cima (46);
    um capacitor de arranque (50) fornece energia ao acionador (48);
    um acionador de elevador (42, 82) que recebe energia através do comutador de lado de baixo (44) e do comutador de lado de cima (46); e, caracterizada por:
    meios (60, 62) para amortecer o efeito da queda de tensão associada com o comutador de lado de baixo (44) sendo desligado e para proteger o capacitor de arranque (50) e o comutador de lado de cima (46) de passarem por um rápido aumento de tensão, os meios (60, 62) para amortecer e proteger compreendendo:
    meio de armazenamento de energia (60) para evitar que uma tensão do capacitor de arranque (50) caia abaixo de uma tensão desejada, os meios de armazenamento de energia (60) estando em paralelo com o capacitor de arranque (50); e, meio regulador de tensão (62) para limitar corrente provida ao capacitor de arranque (50) para carregar o capacitor de arranque (50) e para regular uma tensão do capacitor de arranque (50), o meio regulador de tensão (62) estando em paralelo com o capacitor de arranque (50).
  2. 2. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o meio de armazenamento de energia (60) compreende um segundo capacitor (70).
  3. 3. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 2,
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    2 / 3 caracterizada pelo fato de que o segundo capacitor (70) evita que a tensão do capacitor de arranque (50) caia abaixo da tensão desejada até após de a tensão do segundo capacitor (70) cair abaixo da tensão do capacitor de arranque (50).
  4. 4. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o meio regulador de tensão (62) compreende um regulador de tensão linear.
  5. 5. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o meio regulador de tensão (62) compreende um diodo Zener (72) tendo uma tensão de colapso selecionada de forma que uma fonte de tensão (52) carregue o capacitor de arranque (50).
  6. 6. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a tensão de colapso de diodo Zener (72) é maior do que a tensão desejada do capacitor de arranque (50).
  7. 7. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a tensão de colapso do diodo Zener (72) é aproximadamente 0,7 volts maior do que a tensão desejada do capacitor de arranque (50).
  8. 8. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o meio regulador de tensão (62) compreende um transistor (74) tendo uma base em série com o diodo Zener (72) e em que o transistor (74) e o diodo Zener (72) estão em paralelo com o capacitor de arranque (50).
  9. 9. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o acionador de elevador (42, 82) compreende um barramento de DC acoplado com o comutador de lado de baixo (44) e o comutador de lado de cima (46) tal que os comutadores controlam o fornecimento de energia para o barramento de DC.
  10. 10. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o barramento de DC compreende um
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    3 / 3 barramento de DC de alta tensão.
  11. 11. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o meio de armazenamento de energia (60) é adicionalmente para rápido carregamento do capacitor de arranque (50).
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