BR112013021363B1

BR112013021363B1 - conversor de energia para emitir tensão de corrente contínua e método para emitir a mesma

Info

Publication number: BR112013021363B1
Application number: BR112013021363-9A
Authority: BR
Inventors: Kaz Furmanczyk; Randy Stepheson
Original assignee: Crane Electronics, Inc
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2020-11-03
Also published as: CN103582997B; EP2678930A4; EP2678930B1; CA2827741A1; CN103582997A; CN106877685A; WO2012116263A1; CN106877685B; US20140016356A1; CA2827741C; EP2678930A1; US9419538B2

Abstract

SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA CA/CC E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO MESMO. Um conversor de energia tem um transformador com três enrolamentos primários configurados para receber respectivas fases de um sinal de entrada de corrente alternada (CA) trifásico em uma configuração delta e três enrolamentos secundários, cada um dividido em duas partes, em que as partes são acopladas juntas em um hexágono regular. O conversor de energia inclui um retificador tendo um primeiro caminho do retificador acoplado entre as derivações dos enrolamentos secundários e uma saída positiva do conversor de energia e um segundo caminho do retificador acoplado entre as derivações dos enrolamentos secundários e uma saída negativa. Um dos enrolamentos secundários pode ser invertido em relação aos outros enrolamentos secundários. Os enrolamentos primários podem ser divididos com um enrolamento secundário correspondente interposta entre partes do primário. Um dos caminhos pode ter uma indutância diferente da do outro caminho.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

O presente pedido reivindica benefício sob a 35 U.S.C. 119(e) ao pedido de patente U.S. provisório de N2 de série 61/464,000 depositado em 24 de fevereiro de 2011, que é incorporado aqui por referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Campo da Invenção

A presente revelação refere-se, em geral, a sistemas, métodos e artigos para converter corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC), tais como conversores CA/CC incluindo transformadores com enrolamentos primário e secundário e um retificador.

Descrição do Estado da Técnica

Os conversores CA/CC geral mente são usados para converter fontes de corrente alternada em fontes de alimentação de corrente contínua. Os conversores CA/CC, tais como os usados em aviônica, geralmente incluem um transformador e um retificador. Em muitas aplicações, um transformador converte um primeiro sinal CA com um primeiro nível de tensão em um segundo sinal CA com um segundo nível de tensão, e um retificador converte o segundo sinal CA em um sinal CC.

Um transformador tipicamente inclui pelo menos dois enrolamentos de material ele-tricamente condutor, como um fio. Os enrolamentos são espaçados com proximidade suficiente para que um fluxo de corrente elétrica através de um enrolamento induza uma corrente elétrica a fluir no outro enrolamento quando estiver conectada a uma carga. Os enrolamentos através dos quais a corrente é conduzida são normalmente chamados de enrolamentos primários, ao passo que os enrolamentos nos quais a corrente é induzida são normalmente chamados de enrolamentos secundários. O transformador também pode incluir um núcleo, por exemplo, um núcleo magnético ou ferroso estendendo-se entre os enrolamentos.

Um retificador tipicamente inclui uma pluralidade de diodos ou tiristores configurados para converter um sinal CA em um sinal CC. Por exemplo, um retificador de ponte completa pode ser empregado para converter um sinal CA em um sinal CC. Dispositivos adicionais podem ser empregados para proporcionar condicionamento de potência, tais como transformadores de interfase, indutores de balanceamento, reatores de interfase, filtros, etc.

Em muitas aplicações, o tamanho e/ou o peso do transformador são fatores importantes para se obter um dispositivo prático e/ou bem-sucedido do ponto de vista comercial. Por exemplo, os conversores de energia para uso na aviônica geralmente precisam ser leves e podem precisar ocupar um volume pequeno. Tais aplicações, entretanto, normalmente exigem alto desempenho, como conversão de energia de alta corrente e baixo ruído. Muitos aplicações podem ainda, ou como alternativa, exigir conversores de energia de baixo custo.

Os custos podem ser ditados por uma série de fatores, inclusive pelo tipo dos materiais, quantidade de materiais e/ou complexidade de fabricação, dentre outros fatores.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em uma concretização, um conversor de energia compreende um transformador in-cluindo: três enrolamentos primários configurados para receber respectivas fases de um sinal de entrada de corrente alternada (CA) trifásico em uma configuração delta; e três enrolamentos secundários, cada um dividido em duas partes, as partes dos enrolamentos secundários acopladas juntas em um hexágono regular fechado, com cada parte de cada enrolamento secundário tendo pelo menos duas derivações e as derivações distribuídas em ângulos regulares no hexágono regular fechado; um primeiro caminho de retificação acoplado entre as derivações dos enrolamentos secundários e uma saída positiva do conversor de energia e tendo uma indutância; e um segundo caminho de retificação acoplado entre as derivações dos enrolamentos secundários e uma saída negativa do conversor de energia e tendo uma indutância diferente da indutância do primeiro caminho de retificação. Em uma concretização, um dos enrolamentos secundários tem uma polaridade oposta a uma polaridade dos outros enrolamentos secundários. Em uma concretização, um dos enrolamentos primários tem uma polaridade oposta à dos outros enrolamentos primários e um enrolamento secundário correspondendo ao primeiro enrolamento primário tem uma polaridade oposta à dos outros enrolamentos secundários. Em uma concretização, o primeiro enrolamento primário e o secundário correspondente possuem a mesma polaridade. Em uma concretização, cada enrolamento primário é dividido em duas partes e cada enrolamento secundário é interposto entre duas partes de um enrolamento primário correspondente. Em uma concretização, o primeiro caminho de retificação compreende 12 retificadores, cada um acoplado a uma respectiva derivação dos enrolamentos secundários através de respectivos acoplamentos tendo uma primeira indutância, e o segundo caminho de retificação compreende 12 retificadores, cada um acoplado a uma respectiva derivação dos enrolamentos secundários através de respectivos acoplamentos tendo uma segunda indutância diferente da primeira indutância. Em uma concretização, os acoplamentos do primeiro caminho de retificação possuem um comprimento diferente de um comprimento dos acoplamentos do segundo caminho de retificação. Em uma concretização, cada um dos acoplamentos do primeiro caminho de retificação compreende um indutor. Em uma concretização, o primeiro caminho de retificação compreende: uma primeira pluralidade de retificadores contendo cátodos acoplados uns aos outros; um indutor acoplado entre os cátodos da primeira pluralidade de retificadores e a saída positiva; uma segunda pluralidade de retificadores contendo cátodos acoplados uns aos outros; e um indutor acoplado entre os cátodos da segunda pluralidade de retificadores e a saída positiva. Em uma concretização, o primeiro caminho de retificação compreende um condutor tendo um comprimento diferente de um comprimento de um condutor correspondente do segundo caminho de retificação. Em uma concretização, a indutân- cia do primeiro caminho de retificação é de pelo menos cinco vezes a indutância do segundo caminho de retificação. Em uma concretização, as derivações dos enrolamentos secundários são distribuídas em ângulos centrais substancialmente idênticos no hexágono regular. Em uma concretização, duas derivações em uma parte de um enrolamento secundário estão em espiras adjacentes da parte do enrolamento secundário. Em uma concretização, o transformador compreende três bobinas substancialmente idênticas, cada bobina compreendendo um dos enrolamentos primários e um enrolamento secundário correspondente. Em uma concretização, o transformador compreende um núcleo do transformador e as bobinas são envolvidas no núcleo do transformador. Em uma concretização, as bobinas são posicionadas próximas uma da outra em uma fileira e uma bobina central tem uma polaridade diferente de uma polaridade das outras bobinas.

Em uma concretização, um método compreende: acoplar três enrolamentos primários de um transformador uns aos outros em uma configuração diferencial para receber respectivas fases de uma corrente alternada trifásica; acoplar partes divididas dos três enrolamentos secundários do transformador juntas em uma configuração hexagonal regular; proporcionar uma pluralidade de derivações distribuídas em ângulos regulares nos enrolamentos secundários, cada parte de enrolamento secundário dividida tendo pelo menos duas derivações; formar um primeiro caminho de retificação entre a pluralidade de derivações e uma saída positiva, o primeiro caminho de retificação tendo uma indutância; e formar um segundo caminho de retificação entre a pluralidade de derivações e uma saída negativa, o segundo caminho de retificação tendo uma indutância diferente da indutância do primeiro caminho de retificação. Em uma concretização, o transformador compreende uma primeira, segunda e terceira bobinas, e o método compreende: posicionar a primeira, segunda e terceira bobinas juntas em uma fileira com a segunda bobina separando a primeira e terceira bobinas, os enrolamentos secundários da segunda bobina tendo uma polaridade diferente da polaridade dos enrolamentos secundários da primeira bobina e da terceira bobina. Em uma concretização, o transformador compreende uma primeira, segunda e terceira bobinas, e o método compreende: posicionar a primeira, segunda e terceira bobinas juntas em uma fileira com a segunda bobina separando a primeira e terceira bobinas, a segunda bobina tendo uma polaridade diferente de uma polaridade da primeira bobina e da terceira bobina. Em uma concretização, os enrolamentos primários são divididos em primeira e segunda partes primárias e as partes de cada enrolamento secundário são intercaladas entre a primeira e segunda partes primárias de um respectivo enrolamento primário. Em uma concretização, a indutância do primeiro caminho de retificação é de pelo menos cinco vezes a indutância do segundo caminho de retificação.

Em uma concretização, um conversor de energia compreende: meios para converter sinais de energia de corrente alternada (CA) trifásicos em sinais de energia CA multifási- cos; primeiros meios para retificar sinais de energia CA multifásicos; segundos meios para retificar sinais de energia CA multifásicos; primeiros meios de acoplamento para acoplar os meios de conversão aos primeiros meios de retificação e para acoplar os primeiros meios de retificação a uma primeira saída do conversor de energia; e segundos meios de acoplamento para acoplar os meios de conversão aos segundos meios de retificação e para acoplar os segundos meios de retificação a uma segunda saída do conversor de energia, em que os primeiros meios de acoplamento têm uma indutância diferente de uma indutância dos segundos meios de acoplamento. Em uma concretização, os meios de conversão compreendem um transformador incluindo: um primário incluindo três enrolamentos primários configurados para se acoplarem a respectivas fases de um sinal de energia CA em uma configuração delta; e um secundário incluindo três enrolamentos secundários, cada enrolamento secundário correspondendo a um respectivo enrolamento primário e dividido em duas partes, em que as partes dos enrolamentos secundários são acopladas juntas em um hexágono fechado e cada parte de um enrolamento secundário compreende pelo menos duas derivações. Em uma concretização, dois dos enrolamentos secundários têm uma polaridade oposta à do outro enrolamento secundário. Em uma concretização, um dos enrolamentos primários tem uma polaridade oposta à do outro enrolamento primário e o enrolamento secundário correspondente tem uma polaridade oposta à dos outros enrolamentos secundários. Em uma concretização, cada um dos enrolamentos primários é dividido em duas partes e as duas partes do enrolamento secundário correspondente são intercaladas entre as duas partes do enrolamento primário correspondente. Em uma concretização, os primeiros meios de acoplamento compreendem um indutor acoplado entre os primeiros meios de retificação e os meios de conversão. Em uma concretização, os primeiros meios de acoplamento compreendem um indutor acoplado entre os primeiros meios de retificação e a primeira saída do conversor de energia. Em uma concretização, os meios de conversão são configurados para converter os sinais de energia de corrente alternada (CA) trifásicos em sinais de energia CA de dose fases e o conversor de energia é configurado para fornecer uma tensão de corrente contínua de vinte e quatro pulsos. Em uma concretização, a indutância dos primeiros meios de acoplamento é de pelo menos cinco vezes a indutância dos segundos meios de acoplamento.

Em uma concretização, um conversor de energia compreende: meios para converter sinais de energia de corrente alternada (CA) trifásicos em sinais de energia CA de doze fases; primeiros meios para retificar sinais de energia CA multifásicos acoplados aos meios de conversão; e segundos meios para retificar sinais de energia CA multifásicos acoplados aos meios de conversão e aos primeiros meios para retificar sinais de energia CA multifásicos. Em uma concretização, os meios de conversão compreendem um transformador incluindo: um primário incluindo três enrolamentos primários configurados para se acoplarem a respectivas fases de um sinal de energia CA em uma configuração delta ou diferencial; e um secundário incluindo três enrolamentos secundários, cada enrolamento secundário correspondendo a um respectivo enrolamento primário e dividido em duas partes, em que as partes dos enrolamentos secundários são acopladas juntas em um hexágono fechado e cada parte de um enrolamento secundário compreende duas derivações. Em uma concretização, um dos enrolamentos primários tem uma polaridade oposta à do outro enrolamento primário e o enrolamento secundário correspondente tem uma polaridade oposta à dos outros enrolamentos secundários. Em uma concretização, o primeiro enrolamento primário e o secundário correspondente possuem a mesma polaridade. Em uma concretização, cada um dos enrolamentos primários é dividido em duas partes. Em uma concretização, as duas partes de cada enrolamento secundário são intercaladas entre as duas partes de um enrolamento primário correspondente. Em uma concretização, os primeiros meios para retificação de sinais de energia CA multifásicos são acoplados entre os meios de conversão e uma saída do conversor através de um primeiro caminho de retificação, os segundos meios de retificação são acoplados entre os meios de conversão e a saída do conversor através de um segundo caminho de retificação, em que o primeiro caminho de retificação tem uma indutância diferente de uma indutância do segundo caminho de retificação. Em uma concretização, o primeiro caminho de retificação compreende um indutor acoplado entre os primeiros meios para retificação de sinais de energia CA multifásicos e os meios de conversão. Em uma concretização, o primeiro caminho de retificação compreende uma pluralidade de indutores acoplados entre os primeiros meios para retificação de sinais de energia CA multifásicos e os meios de conversão. Em uma concretização, o primeiro caminho de retificação compreende um indutor acoplado entre os primeiros meios para retificação de sinais de energia CA multifásicos e uma saída do conversor de energia. Em uma concretização, os primeiros meios para retificação de sinais de energia CA multifásicos compreendem primeiras e segundas ramificações e o primeiro caminho de retificação compreende um primeiro indutor acoplado entre a primeira ramificação e uma saída do conversor de energia e um segundo indutor acoplado entre a segunda ramificação e a saída do conversor de energia. Em uma concretização, o primeiro caminho de retificação compreende um condutor tendo um comprimento diferente de um comprimento de um condutor correspondente do segundo caminho de retificação. Em uma concretização, o indutor compreende um comprimento de fio. Em uma concretização, a indutância do primeiro caminho de retificação é de pelo menos cinco vezes a indutância do segundo caminho de retificação. Em uma concretização, o conversor de energia não emprega transformadores de interfase nos caminhos de retificação. Em uma concretização, o conversor de energia não emprega indutores de entrada entre uma fonte de alimentação CA e os meios de conversão.

Em uma concretização, um conversor de energia compreende: um transformador incluindo: três enrolamentos primários configurados para receber respectivas fases de um sinal de entrada de corrente alternada (CA) trifásico em uma configuração delta; e três enrolamentos secundários, cada um dividido em duas partes, em que as partes são acopladas juntas em um hexágono regular fechado, cada parte de cada secundário tendo pelo menos duas derivações e as derivações sendo distribuídas em ângulos centrais substancialmente idênticos no hexágono regular; uma primeira ramificação do retificador acoplada entre as derivações dos enrolamentos secundários e uma saída positiva do conversor de energia; e uma segunda ramificação do retificador acoplada entre as derivações dos enrolamentos secundários e uma saída negativa do conversor de energia. Em uma concretização, um dos enrolamentos primários tem uma polaridade oposta à dos outros enrolamentos primários e um enrolamento secundário correspondendo ao primeiro enrolamento primário tem uma polaridade oposta à dos outros enrolamentos secundários. Em uma concretização, o primeiro enrolamento primário e o secundário correspondente possuem a mesma polaridade. Em uma concretização, os enrolamentos primários são divididos em duas partes. Em uma concretização, cada enrolamento secundário é interposto entre duas partes de um enrolamento primário correspondente. Em uma concretização, a primeira ramificação do retificador tem uma indutância diferente de uma indutância da segunda ramificação do retificador. Em uma concretização, o primeiro caminho de retificação compreende 12 retificadores, cada um acoplado a uma respectiva derivação dos enrolamentos secundários através de respectivos acoplamentos tendo uma primeira indutância; e a segunda ramificação do retificador compreende 12 retificadores, cada um acoplado a uma respectiva derivação dos enrolamentos secundários através de respectivos acoplamentos tendo uma segunda indutância diferente da primeira indutância. Em uma concretização, os acoplamentos da primeira ramificação do retificador possuem um comprimento diferente de um comprimento dos acoplamentos da segunda ramificação do retificador. Em uma concretização, cada um dos acoplamentos da primeira ramificação do retificador compreende um indutor. Em uma concretização, a primeira ramificação do retificador compreende: uma primeira pluralidade de retificadores contendo cátodos acoplados uns aos outros; um indutor acoplado entre os cátodos da primeira pluralidade de retificadores e a saída positiva; uma segunda pluralidade de retificadores contendo cátodos acoplados uns aos outros; e um indutor acoplado entre os cátodos da segunda pluralidade de retificadores e a saída positiva. Em uma concretização, a primeira ramificação do retificador compreende um condutor tendo um comprimento diferente de um comprimento de um condutor correspondente da segunda ramificação do retificador. Em uma concretização, a indutância da primeira ramificação do retificador é de pelo menos cinco vezes a indutância da segunda ramificação do retificador. Em uma concretização, o conversor de energia não emprega transformadores de interfase entre os enrolamentos secundá- rios e as saídas do conversor de energia.

Em uma concretização, um transformador compreende: um primário incluindo três enrolamentos primários configurados para se acoplarem a respectivas fases de um sinal de energia CA em uma configuração delta ou diferencial; e um secundário incluindo três enro-lamentos secundários, cada enrolamento secundário correspondendo a um respectivo enro-lamento primário e dividido em duas partes, em que as partes dos enrolamentos secundários são acopladas juntas em um hexágono fechado e cada parte de um enrolamento secundário compreende duas derivações. Em uma concretização, um dos enrolamentos primários tem uma polaridade oposta à do outro enrolamento primário e o enrolamento secundário correspondente tem uma polaridade oposta à dos outros enrolamentos secundários. Em uma concretização, o primeiro enrolamento primário e o secundário correspondente possuem a mesma polaridade. Em uma concretização, cada um dos enrolamentos primários é dividido em duas partes. Em uma concretização, as duas partes de cada enrolamento secundário são intercaladas entre as duas partes de um enrolamento primário correspondente. Em uma concretização, o hexágono fechado é um hexágono regular fechado e as derivações são distribuídas em ângulos centrais substancialmente idênticos no hexágono regular fechado. Em uma concretização, duas derivações em uma parte de um enrolamento secundário estão em espiras adjacentes da parte do enrolamento secundário. Em uma concretização, o transformador compreende três bobinas idênticas, cada bobina compreendendo um dos enrolamentos primários e o enrolamento secundário correspondente. Em uma concretização, o transformador adicionalmente compreende um núcleo do transformador, em que as bobinas são envolvidas no núcleo do transformador. Em uma concretização, as bobinas são posicionadas próximas uma da outra em uma fileira e uma bobina central na fileira tem uma polaridade diferente de uma polaridade das outras bobinas. Em uma concretização, um conversor de energia compreende um transformador como descrito aqui.

Em uma concretização, um método compreende: formar uma primeira bobina tendo um enrolamento primário e um enrolamento secundário dividido em primeira e segunda partes; formar uma segunda bobina tendo um enrolamento primário e um enrolamento secundário dividido em primeira e segunda partes; formar uma terceira bobina tendo um enrolamento primário e um enrolamento secundário dividido em primeira e segunda partes; acoplar os enrolamentos primários da primeira, segunda e terceira bobina juntos em uma configuração diferencial; e acoplar as partes dos enrolamentos secundários juntas em uma configuração hexagonal regular. Em uma concretização, o método adicionalmente compreende: posicionar a primeira, segunda e terceira bobinas juntas em uma fileira com a segunda bobina separando a primeira e terceira bobinas. Em uma concretização, o método adicionalmente compreende: formar a segunda bobina com uma polaridade diferente de uma polaridade da primeira bobina e da segunda bobina. Em uma concretização, os enrolamentos primários das bobinas são divididos em primeiras e segundas partes primárias e as partes dos enrolamentos secundários são interpostas entre as partes primárias do respectivo enrolamento. Em uma concretização, o método adicionalmente compreende: proporcionar uma pluralidade de derivações em ângulos regulares nos enrolamentos secundários; formar um primeiro caminho de retificação; formar um segundo caminho de retificação; e acoplar as derivações ao primeiro e segundo caminhos de retificação. Em uma concretização, o primeiro caminho de retificação tem uma indutância diferente de uma indutância do segundo caminho de retificação. Em uma concretização, a indutância do primeiro caminho de retificação é de pelo menos cinco vezes a indutância do segundo caminho de retificação.

BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DOS DESENHOS

Nos desenhos, números de referência idênticos identificam elementos ou atos similares, salvo indicação em contrário pelo contexto. As dimensões e posições relativas dos elementos nos desenhos não correspondem necessariamente à escala real. Por exemplo, as formas dos vários elementos e ângulos podem não representar fielmente a escala real, e alguns desses elementos podem ser ampliados e posicionados de forma a melhorar a legibilidade dos desenhos. Além disso, as formas específicas dos elementos, conforme desenhados, não pretendem inferir quaisquer informações relativas à forma real dos elementos específicos, e foram selecionadas somente para facilidade de reconhecimento nos desenhos.

A Figura 1 é uma representação esquemática de um conversor de energia.

A Figura 1A é uma representação esquemática de um sistema de alimentação de aeronave.

A Figura 2 é uma representação esquemática de um conversor de energia,

A Figura 3 é uma representação esquemática de um conversor de energia,

A Figura 4 é uma representação esquemática de um conversor de energia,

A Figura 5 é uma representação esquemática de uma concretização de um conversor de energia Delta-Hex.

A Figura 6 é uma representação esquemática de uma concretização de um conversor de energia Delta-Hex.

A Figura 7 é uma representação esquemática de uma concretização de um conversor de energia Delta-Hex.

A Figura 8 é uma representação esquemática uma concretização de um transformador.

A Figura 9 é uma vista de cima de uma concretização de um transformador.

A Figura 10 é uma vista frontal de uma concretização de um conversor de energia Delta-Hex.

A Figura 11 é uma primeira vista lateral da concretização de um conversor de energia Delta-Hex da Figura 10.

A Figura 12 é uma segunda vista lateral da concretização de um conversor de energia Delta-Hex da Figura 10.

A Figura 13 é uma vista isométrica de uma concretização de um conversor de energia Delta-Hex.

A Figura 14 é uma representação gráfica de uma ondulação em uma saída CC de uma concretização de um conversor de energia de 6 pulsos.

A Figura 15 é uma representação gráfica de uma corrente de entrada de uma con-cretização de um conversor de energia de 6 pulsos.

A Figura 16 é uma representação gráfica de uma ondulação em uma saída CC de uma concretização de um conversor de energia de 12 pulsos.

A Figura 17 é uma representação gráfica de uma corrente de entrada de uma con-cretização de um conversor de energia de 12 pulsos.

A Figura 18 é uma representação gráfica de uma ondulação em uma saída CC de uma concretização de um conversor de energia de 24 pulsos.

A Figura 19 é uma representação gráfica de uma corrente de entrada de uma con-cretização de um conversor de energia de 24 pulsos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Na descrição a seguir, certos detalhes específicos são apresentados de modo a possibilitar uma compressão meticulosa das várias concretizações reveladas. No entanto, os versados na técnica relacionada reconhecerão que as concretizações podem ser praticadas sem um ou mais desses detalhes específicos, ou com outros métodos, componentes, materiais, etc. Em outros casos, estruturas bem-conhecidas associadas aos conversores de energia, transformadores, circuitos empregando transformadores e equipamentos úteis na fabricação de conversores de energia e transformadores não foram ilustradas ou descritas em detalhes para evitar obscurecer desnecessariamente as descrições das concretizações.

A menos que o contexto explicite de outra maneira, por todo o relatório descritivo e as reivindicação que se seguem, a palavra “compreende”, e suas variações, como “compreendem” e “compreendendo” deverão ser interpretadas em um sentido aberto e inclusivo, isto é, como “incluindo, mas sem a isto se limitar”.

Qualquer referência neste relatório descrito a "uma concretização" significa que um recurso, estrutura ou característica específica descrita em relação à concretização está incluída em pelo menos uma concretização. Dessa forma, as ocorrências da expressão "em uma concretização" em vários trechos ao longo de todo este relatório descritivo não se referem necessariamente à mesma concretização. Além do mais, os aspectos, estruturas ou características particulares podem ser combinados de qualquer maneira adequada em uma ou mais concretizações.

Como usado neste relatório descritivo e nas reivindicações anexas, as formas sin- guiares “um”, “uma”, “o” ou “a” incluem referências no plural, salvo se o contexto indicar o contrário. Também se deve observar que o termo “ou” é geralmente empregado em seu sentido incluindo “e/ou”, salvo se o contexto indicar o contrário.

Os cabeçalhos e o Resumo da Revelação aqui apresentados são somente para conveniência e não interpretam o escopo ou significado das concretizações.

A Figura 1 é uma representação esquemática dos blocos de construção de um con-versor de energia 100 ilustrativo configurado para converter uma entrada CA trifásica em uma saída CC. O conversor de energia 100 compreende um transformador trifásico em n- fases 102, e um retificador de n-pulsos 104.

O transformador 102 é configurado para receber um sinal de entrada trifásico 106 e compreende um primário trifásico 108 e um secundário de n-fases 110. O transformador 102 é configurado para fornecer um sinal CA de n-fases 112. O retificador 104 compreende uma pluralidade de ramificações 114 acopladas às respectivas saídas do sinal CA de n-fases 112. Como ilustrado, cada ramificação compreende dois diodos 116. Outros dispositivos de retificação podem ser empregados, como tiristores, etc. O retificador 104 produz uma saída CC 118.

A retificação de pulso superior geralmente fornece ondulação inferior na saída CC e menor distorção de corrente de entrada CA, e, dessa forma, geralmente resulta em maior qualidade de energia para um conversor de energia. Geralmente, uma topologia de conversor de 6 pulsos pode ser considerada aceitável para uso em equipamentos na aviônica com potência nominal menor do que 35 VA. Uma topologia de conversor de 12 pulsos é geralmente aceitável para um número considerável de aplicações aeroespaciais. Uma topologia de 24 pulsos é tipicamente usada para equipamento de maior potência ou quando uma qualidade de energia alta é desejada ou especificada.

As aplicações de aviônica podem tipicamente empregar unidades de transformador / retificador, tal como o conversor de energia 100 da Figura 1, para converter uma fonte de alimentação CA trifásica, tal como uma fonte de alimentação CA de 115 Volts operando em uma frequência fixa, tal como 400 Hz, uma fonte de alimentação de 115 Volts CA de frequência variável de 360 Hz a 800 Hz, uma fonte de alimentação de 230 Volts CA de frequência variável de 360 Hz a 800 Hz, etc., em uma fonte de alimentação CC, tal como uma fonte de alimentação CC de 28 Volts, etc. A carga apresentada ao conversor de energia pode estar tipicamente entre 100 amps e 400 amps. As funções típicas para um conversor de energia usado na aviônica podem incluir alimentar sobrecargas de período curto para eliminar falhas a jusante, proporcionar isolamento galvânico entre uma fonte de alimentação CA da aeronave e uma fonte de alimentação CC, condicionamento de energia para fornecer qualidade de energia aceitável nos lados CA e CC do conversor de energia para funcionamento apropriado do sistema de alimentação da aeronave e das cargas elétricas, auto- monitoramento e relatório de falhas, etc. Conversores de energia, tal como o conversor de energia da Figura 1, podem ser empregados em outros aplicações e serem configurados para fornecer outras funções. Os conversores de energia do transformador / retificador podem empregar topologias que utilizam dispositivos adicionais, como transformadores de interface, indutores de balanceamento, reatores de interfase, filtros, etc., de modo a oferecer a funcionalidade desejada, tal como qualidade de energia aceitável.

A Figura 1A é um diagrama de blocos funcional de um exemplo de sistema de ali-mentação de aeronave 150. Como ilustrado, um motor ou turbina da aeronave 152 é configurado para acionar um gerador 154. O gerador 154 é configurado para fornecer um sinal de energia CA a um conversor de energia 156, tal como o conversor de energia 100 ilustrado na Figura 1. Tipicamente, a energia gerada nas aeronaves é uma energia CA de 115 Volts a 400 Hz ou em uma frequência variável. Outros níveis de tensão e frequências podem ser empregados. O conversor de energia 156 é acoplado a um barramento CC 158 e é configurado para fornecer um sinal de energia CC ao barramento CC 158. Uma ou mais cargas 160, tal como o equipamento de vôo, incluindo equipamentos essenciais para o vôo, podem ser acopladas ao barramento CC 158 e configuradas para extrair energia do barramento CC 158. Tipicamente, o equipamento de vôo pode usar energia CC de 28 Volts para operar. Outros níveis de tensão de saída podem ser empregados.

A Figura 2 é um diagrama esquemático elétrico de um exemplo de conversor de energia 200 empregando a topologia de transformador / retificador. O conversor de energia compreende um transformador 210 tendo um primário 2088 e uma configuração em Y ou estrela, um primeiro secundário 212 em uma configuração em Y e um segundo secundário 124 em uma configuração em Delta ou diferencial. O conversor de energia 200 pode ser usado, por exemplo, em aplicações aeroespaciais. O conversor de energia 200 compreende uma entrada 202 configurada para receber um sinal de alimentação CA trifásico, por exemplo, um sinal CA de 115 Volts. A entrada 202 é acoplada aos respectivos indutores de filtro 204 para cada entrada de fase configurada para atenuar as emissões EMI geradas por um estágio retificador 206.

As saídas dos indutores de filtro 204 são acopladas aos respectivos enrolamentos do primário 208 do transformador 210, que tem três enrolamentos em uma configuração em Y. O primeiro secundário 212 tem três enrolamentos em uma configuração em Y e o segundo secundário 214 tem três enrolamentos em uma configuração em Delta.

O estágio de retificação 206 compreende uma primeira ponte de retificação de onda completa 216 acoplada aos enrolamentos do primeiro secundário 212, uma segunda ponte de retificação de onda completa 218 acoplada aos enrolamentos do segundo secundário 214, e um transformador de interfase IPT 222. As tensões nos enrolamentos secundários do transformador são desviadas 30 graus uma das outras, assim, o conversor de energia tem características de qualidade de energia de uma retificação de 12 pulsos. Como pode ser visto na Figura 2, três indutores adicionais e um transformador IPT foram usados de modo a atender à qualidade de energia desejada. Esses componentes adicionais adicionam tamanho, peso e custo ao conversor de energia 200.

A Figura 3 é um diagrama esquemático elétrico de um conversor de energia 300 empregando uma topologia em Y/Delta - Ziguezague para obter características de qualidade de energia de 24 pulsos. O conversor de energia 300 pode ser usado, por exemplo, em aplicações aeroespaciais. O conversor de energia 300 compreende um estágio de entrada 302, um estágio do transformador 304 e um estágio de retificação 306.

O estágio de entrada 302 compreende três indutores de entrada 308 configurados para receber respectivas fases de um sinal de energia CA de 3 fases, por exemplo, um sinal CA de 115 Volts a 400 Hz, etc. Os indutores de entrada 308 são configurados para atenuar as emissões EMI geradas pelo estágio de retificação 306.

O estágio de transformador 304 compreende dois transformadores 310, 312. Cada transformador 310, 312 tem um núcleo 311, 313. O primeiro transformador 310 tem uma configuração em Y / Ziguezague na qual o primário acoplado ao estágio de entrada 302 está em uma configuração em Y, e o primeiro transformador 310 tem dois secundários trifásicos acoplados ao estágio de retificação 306 em uma configuração em Ziguezague. O segundo transformador 312 tem uma configuração em Delta / Ziguezague na qual o primário acoplado ao estágio de entrada 302 está em uma configuração em Delta, e o segundo transformador 312 tem dois secundários trifásicos acoplados ao estágio de retificação 306 em uma configuração em Ziguezague.

O estágio de retificação 306 compreende quatro pontes de retificação de onda completa 314 acopladas aos enrolamentos das respectivas saídas secundárias do primeiro e segundo transformadores 310, 312. O estágio de retificação 306 também compreende um conjunto de interfase 320, que, como ilustrado, compreende três transformadores de interfase IPT 322. O conversor de energia 300 tem características de qualidade de energia de uma retificação de 24 pulsos. Como pode ser visto na Figura 3, três indutores de entrada, um transformador adicional no estágio de transformador com dois secundários em cada transformador, e três transformadores IPT foram empregados de modo a atender à qualidade de energia desejada. Esses componentes adicionais adicionam tamanho, peso e custo ao conversor de energia 300.

A Figura 4 é um diagrama esquemático elétrico de um conversor de energia 400 com uma topologia Delta-Hex. O conversor de energia 400 tem um transformador 402 e um retificador 404. O transformador 402 tem um primário 406 com três enrolamentos acoplados em uma configuração Delta a um sinal de entrada CA, por exemplo, um sinal de frequência variável de 115 Volts trifásico, e um secundário 408 com três enrolamentos divididos aco- piados juntos em uma configuração hexagonal. Os enrolamentos do secundário 408 são acoplados a uma ponte retificadora de onda completa 404. Um exemplo de um conversor de energia empregando uma topologia Delta-Hex é descrito na Patente U.S. N°_4,225,784 expedida para Rosa.

Os conversores de energia em uma topologia Delta-Hex usam menos componentes magnéticos do que as topologias de conversor de energia de transformador / retificador tipi-camente usadas nas aplicações de baixa tensão / alta corrente para as quais a energia de alta qualidade é desejada ou especificada. Embora tenham sido realizadas tentativas de usar topologias de conversor de energia Delta-Hex em aplicações para as quais uma qualidade de energia alta era desejada ou especificada, na prática, a qualidade da energia produzida pelos conversores de energia de topologia Delta-Hex não foi boa o suficiente para uso em aplicações de conversor de energia de baixa tensão / alta corrente. Por exemplo, a distorção harmônica total em uma topologia de conversor de energia Delta-Hex, tal como a ilustrada na Figura 4, pode tipicamente ser de 12% ou mais, o que é muito alto para diversas aplicações de alta corrente / baixa tensão, tais como diversas aplicações aeroespaciais.

A Figura 5 é um diagrama esquemático elétrico de uma concretização de um conversor de energia 500 empregando uma topologia Delta-Hex. O conversor de energia 500 compreende um transformador 502 e um estágio retificador 504. O transformador 502 compreende um primário 506, um secundário 508 e um núcleo 510.

O primário 506 tem um primeiro enrolamento A, um segundo enrolamento B e um terceiro enrolamento C configurados para acoplar-se a um sinal de entrada CA trifásico 512 em uma configuração Delta. Cada enrolamento A, B, C do primário 506 tem uma respectiva primeira derivação 1 uma segunda derivação 2. Como ilustrado, as derivações 1, 2 dos enrolamentos A, B, C do primário 506 estão nas extremidades dos enrolamentos A, B, C. O número de referência atribuído a uma derivação ou a uma extremidade de um enrolamento não indica necessariamente uma contagem de espiras na derivação ou extremidade. Os enrolamentos primários A, B, C tipicamente possuem mais de uma espira. Por exemplo, um enrolamento primário, tal como o enrolamento A do primário 506, pode ter 61 espiras em uma concretização. Outros números de espiras podem ser empregados. Uma polaridade de cada enrolamento A, B, C do primário 506 é indicada por uma estrela*.

O secundário 508 compreende um primeiro enrolamento secundário dividido Ai, A2, um segundo enrolamento secundário dividido Bi, B2, e um terceiro enrolamento secundário dividido Ci, C2 acoplados juntos nas extremidades em uma configuração hexagonal. Uma corrente no primeiro enrolamento A do primário 506 induz uma corrente no primeiro enrolamento dividido Ai, A2 do secundário 508, uma corrente no segundo enrolamento B do primário 506 induz uma corrente no segundo enrolamento dividido Bi, B2 do secundário 508, e uma corrente no terceiro enrolamento C do primário 506 induz uma corrente no terceiro en- rolamento dividido Ci, C2 do secundário 508. Outras correntes, geralmente de menor magnitude, podem ser induzidas em outros enrolamentos.

Como ilustrado, cada enrolamento secundário dividido tem múltiplas espiras, uma primeira parte (por exemplo, Ai) com metade das espiras, duas extremidades 3, 6 e duas derivações 4, 5 e uma segunda parte (por exemplo, A2) com metade das espiras, duas ex-tremidades 7, 10 e duas derivações 8, 9, com as derivações 4, 5, 8, 9 configuradas para se acoplar ao estágio de retificação 504. Em uma concretização, pode-se empregar um total de 8 espiras, com duas espiras entre as derivações em uma mesma parte de um enrolamento secundário. Outros números de espiras podem ser empregados e as derivações em concre-tizações com números diferentes de espiras podem ser em diferentes espiras dos enrolamentos. Uma polaridade de cada enrolamento do secundário 508 é indicada por uma estrela*.

Uma polaridade do segundo enrolamento B do secundário 508 é invertida em relação a uma polaridade do primeiro enrolamento A e do terceiro enrolamento C do secundário 508. Por exemplo, uma polaridade do segundo enrolamento dividido Bi, B2 do secundário 508 é invertida em relação a uma polaridade do primeiro enrolamento dividido Ai, A2 e do terceiro enrolamento dividido Ci, C2 do secundário 508. A inversão da polaridade cancela pelo menos parcialmente os campos de fuga das bobinas adjacentes e torna mais simples a fabricação por permitir conexões mais curtas entre as bobinas adjacentes, o que pode reduzir ainda mais as correntes de fuga, perdas, efeitos parasitas, etc.

Em topologias Delta-Hex, como a ilustrada na Figura 4, o número prático mínimo de espiras entre as derivações em uma mesma parte de um enrolamento secundário foi de 3 ou mais de modo a obter relações de espiras mais próximas das relações ideais, e, dessa forma, evitar que problemas de qualidade de energia surjam dos desvios da relação de espiras. Em uma concretização, inverter a polaridade do segundo enrolamento dividido B1, B2 do secundário 508 compensa pelo menos parcialmente os desvios de relação de espiras maiores e as assimetrias da bobina, e, com isso, facilita a obtenção de uma qualidade de energia aceitável mesmo quando um número mínimo de espiras entre as derivações acopladas ao estágio retificador 504 é reduzido a, por exemplo, duas espiras. Reduzir o número de espiras entre as derivações facilita o uso de transformadores tendo enrolamentos com menos espiras, e, assim, facilita transformadores e conversores de energia menores, mais leves e de menor custo.

O conversor de energia 500 compreende um primeiro caminho de retificação 530 e um segundo caminho de retificação 532 entre as derivações dos enrolamentos secundários do transformador 502 e as respectivas saídas do conversor de energia 500, com o primeiro e segundo caminhos de retificação 530, 532 tendo diferentes indutâncias. Essa diferença na indutância fornece um desvio de fase adicional nas correntes. Como ilustrado, o estágio reti- ficador 504 compreende um primeiro retificador 514 e um segundo retificador 516, configurados para fornecer retificação de onda completa a cada saída secundária. O primeiro e segundo retificadores 514, 516 podem compreender diodos, tiristores, snubbers, etc. As derivações são configuradas para acoplar-se ao estágio retificador (por exemplo, as derivações 4, 5, 8, 9 de cada um dos enrolamentos secundários) em dois caminhos, um dos quais tem uma indutância maior do que a outra, que é ilustrada como uma indutância 520. Por exemplo, uma diferença na indutância da ordem de 5 micro-Henries pode ser empregada. Outras diferenças nas indutâncias podem ser empregadas. Em algumas concretizações, uma diferença desejada na indutância pode ser obtida simplesmente proporcionando metade das saídas secundárias com condutores mais longos do que a outra metade das saídas secundárias. A diferença na indutância, tal como um valor da indutância 520, pode ser selecionada de modo que as tensões / correntes nas saídas do secundário 508 do transformador 502 sejam desviadas em aproximadamente 15 graus uma da outra, resultando nas características de energia de uma retificação de 24 pulsos, sem o uso de transformadores de interfase.

Uma diferença desejada na indutância entre o primeiro caminho de retificação 530 e o segundo caminho de retificação 532 pode ser obtida de outras maneiras. Por exemplo, uma diferença desejada na indutância entre o primeiro caminho de retificação 530 e o segundo caminho de retificação 532 pode ser obtida mediante acoplando-se um indutor entre o nó 540 e a saída positiva do conversor de energia 500, acoplando-se um indutor entre o nó 540 e o primeiro retificador 514 e um indutor entre o nó 540 e o segundo retificador 516 (vide figura 7), acoplando-se indutores entre as derivações dos enrolamentos secundários do transformador 502 e o segundo retificador 516, acoplando-se um indutor entre o nó 542 e a saída negativa do conversor de energia 500, acoplando-se um indutor entre o nó 542 e o primeiro retificador 514 e um indutor entre o nó 542 e o segundo retificador 516, etc. Como observado acima, o uso de condutores de diferentes comprimentos em vez de bobinas indutivas pode ser suficiente para obter uma diferença desejada na indutância entre o primeiro caminho de retificação 530 e o segundo caminho de retificação 532.

Em uma concretização, o transformador 502 compreende três bobinas idênticas ou substancialmente idênticas, cada uma tendo um enrolamento primário (por exemplo, o enro-lamento primário A) e um enrolamento secundário dividido (por exemplo, o enrolamento se-cundário dividido Ai, A2). Bobinas não-idênticas podem ser empregadas, embora bobinas substancialmente idênticas ou tipicamente idênticas possam oferecer maior qualidade de energia. Os enrolamentos secundários podem ser fisicamente divididos bem como logicamente divididos, o que pode facilitar o aceso às derivações. Em uma concretização, cada parte de um enrolamento secundário dividido pode ser idêntica. Em uma concretização, as partes de um enrolamento secundário dividido podem ser substancialmente idênticas. Em uma concretização, partes de um enrolamento secundário dividido podem ter o mesmo número de espiras. Em uma concretização, partes de um enrolamento secundário dividido podem ter um número de espiras similar, mas diferente. Em uma concretização, um enrolamento primário (por exemplo, o enrolamento primário A) pode ser fisicamente dividido, o que, em algumas concretizações, fornece melhor qualidade de energia por reduzir pelo menos parcialmente a distorção harmônica, por exemplo, em harmônicos selecionados. Por exemplo, um primário fisicamente dividido pode ter um enrolamento secundário dividido interposto entre partes do enrolamento primário dividido (vide a bobina 810 da Figura 8). Um enrolamento primário dividido pode ter duas partes idênticas, pode ter duas partes substancialmente similares com um número de espiras similar, mas diferente, etc. Em uma concretização, as bobinas podem ser substancialmente idênticas a uma das bobinas com uma polaridade oposta à de uma polaridade das outras bobinas. Os enrolamentos do transformador 502 podem compreender, por exemplo, cobre, alumínio anodizado, combinações dos mesmos, etc.

Para um sinal de entrada CA de 115 Volts trifásico a 400 Hz e uma saída de 28 volts CC para uma carga de 125 amps, a distorção harmônica total de uma concretização do conversor de energia 500 da Figura 5 estava na faixa de 3% a 5%. A topologia da concretização da Figura 5 é muito mais simples do que as topologias dos conversores de energia 200, 300 das Figuras 2 e 3, e o uso dos transformadores ITP e dos indutores de filtro foi evitado obtendo-se, ao mesmo tempo, uma distorção harmônica inferior à dos conversores de energia Delta-Hex, tal como o conversor de energia 400 da Figura 4. O desempenho elétrico superior em relação às abordagens das Figuras 2 a 4 também pode ser obtido. Em uma concretização, as quedas de tensão e a dissipação de energia nos transformadores IPT e nos indutores de entrada podem ser evitadas, as eficiências de energia são aprimoradas, os diodos do retificador compartilham a corrente igualmente (o que facilita ao lidar com sobrecargas), as emissões EMI são menores e as distorções de corrente CA estão em um nível aceitável.

A Figura 6 é um diagrama esquemático elétrico de uma concretização de um conversor de energia 600 empregando uma topologia Delta-Hex. O conversor de energia 600 compreende um transformador 602 e um estágio retificador 604. O transformador 602 compreende um primário 610, um secundário 612 e um núcleo 611.

O primário 610 tem um primeiro enrolamento A, um segundo enrolamento B e um terceiro enrolamento C configurados para acoplar-se a um sinal de entrada CA trifásico 612 em uma configuração delta. Cada enrolamento A, B, C do primário 610 tem uma respectiva primeira derivação 1 uma segunda derivação 2. Como ilustrado, as derivações 1, 2 dos enrolamentos A, B, C do primário 610 estão nas extremidades dos enrolamentos A, B, C. O número de referência atribuído a uma derivação ou a uma extremidade de um enrolamento não indica necessariamente uma contagem de espiras na derivação ou extremidade. Os enrolamentos primários A, B, C tipicamente possuem mais de uma espira. Por exemplo, um enrolamento primário, tal como o enrolamento A do primário 610, pode ter 61 espiras em uma concretização. Uma polaridade de cada enrolamento A, B, C do primário 610 é indicada por uma estrela*.

O secundário 612 compreende um primeiro enrolamento secundário dividido Ai, A2, um segundo enrolamento secundário dividido Bi, B2, e um terceiro enrolamento secundário dividido Ci, C2 acoplados juntos nas extremidades em uma configuração hexagonal. Uma corrente no primeiro enrolamento A do primário 610 induz uma corrente no primeiro enrolamento dividido Ai, A2 do secundário 612, uma corrente no segundo enrolamento B do primário 610 induz uma corrente no segundo enrolamento dividido Bi, B2 do secundário 612, e uma corrente no terceiro enrolamento C do primário 610 induz uma corrente no terceiro enrolamento dividido Ci, C2 do secundário 612. Outras correntes, geralmente de menor magnitude, podem ser induzidas em outros enrolamentos.

Como ilustrado, cada enrolamento secundário dividido tem múltiplas espiras, uma primeira parte (por exemplo, Ai) com metade das espiras, duas extremidades 3, 6 e duas derivações 4, 5 e uma segunda parte (por exemplo, A2) com metade das espiras, duas ex-tremidades 7, 10 e duas derivações 8, 9, com as derivações 4, 5, 8, 9 configuradas para se acoplar ao estágio de retificação 604. Em uma concretização, pode-se empregar um total de 8 espiras, com duas espiras entre as derivações em uma mesma parte de um enrolamento secundário. Outros números de espiras podem ser empregados e as derivações em concre-tizações com números diferentes de espiras podem ser em diferentes espiras dos enrolamentos. Uma polaridade de cada enrolamento do secundário 612 é indicada por uma estrela*.

Uma polaridade do segundo enrolamento dividido Bi, B2 do secundário 612 é invertida em relação a uma polaridade do primeiro enrolamento dividido Ai, A2θ do terceiro enrolamento dividido Ci, C2 do secundário 612. Como discutido acima, nos modelos Delta-Hex, tal como o ilustrado na Figura 4, o número prático mínimo de espiras entre as derivações foi de 3 ou mais de modo a obter relações de espiras mais próximas das relações ideais, e, assim, evitar que problemas de qualidade de energia surjam dos desvios. Em uma concretização, inverter a polaridade do segundo enrolamento B do primário 610 e do segundo enrolamento dividido B1, B2 do secundário 612 compensa pelo menos parcialmente os desvios de relação de espiras maiores e as assimetrias da bobina, e, com isso, facilita a obtenção de uma qualidade de energia aceitável mesmo quando um número mínimo de espiras entre as derivações acopladas ao estágio retificador 604 é reduzido a, por exemplo, duas espiras. Reduzir o número de espiras entre as derivações facilita o uso de transformadores tendo enrolamentos com menos espiras, e, assim, facilita transformadores e conversores de energia menores, mais leves e de menor custo.

O estágio de retificação 604 compreende uma primeira ramificação do retificador 614 e uma segunda ramificação do retificador 616. Como ilustrado, cada ramificação do retificador 614, 616 inclui seis diodos 618 acoplados em paralelo a um snubber 620 opcional. Outras configurações de ramificação do retificador podem ser empregadas. Como ilustrado, cada snubber compreende um resistor acoplado em série a um capacitor. Um snubber pode compreender, por exemplo, um capacitor de 4 micro-Farad acoplado em série a um resistor de 1 ohm. Outros snubbers podem ser empregados e os snubbers podem ser omitidos em algumas concretizações.

Os respectivos ânodos dos diodos 608 da primeira ramificação do retificador 614 são acoplados às derivações 4, 9 do primeiro enrolamento secundário dividido Ai, A2, às derivações 4, 9 do terceiro enrolamento secundário dividido Ci, C2 e às derivações 5, 8 do segundo enrolamento secundário dividido Bi, B2. Os respectivos cátodos dos diodos 618 da segunda ramificação do retificador 616 são acoplados às derivações 5, 8 do primeiro enrolamento secundário dividido Ai, A2, às derivações 5, 8 do terceiro enrolamento secundário dividido Ci, C2 e às derivações 4, 9 do segundo enrolamento secundário dividido Bi, B2.

Os cátodos da primeira ramificação do retificador 614 são acoplados juntos e a uma saída positiva do conversor de energia 600, e os ânodos da segunda ramificação do retificador 616 são acoplados juntos e a uma saída negativa do conversor de energia 600. Como ilustrado, o conversor de energia é configurado para fornecer uma saída de aproximadamente 28 Volts CC em resposta a uma entrada de 115 Volts CA. Como ilustrado, o conversor de energia 600 tem um filtro de saída opcional 622, um filtro de saída opcional 624 e uma derivação de corrente opcional 626, que pode ser usada, por exemplo, para monitorar o desempenho do conversor de energia 600 e/ou condições de carga. Outras configurações de filtro e derivação podem ser empregadas.

Em uma concretização, o transformador 602 compreende três bobinas idênticas ou bobinas substancialmente idênticas, cada uma tendo um enrolamento primário (por exemplo, o enrolamento primário A) e um enrolamento secundário dividido (por exemplo, o enrolamento secundário dividido Ai, A2). Bobinas não-idênticas podem ser empregadas, embora bobinas substancialmente idênticas ou tipicamente idênticas possam oferecer maior qualidade de energia. Os enrolamentos secundários podem ser fisicamente divididos bem como logicamente divididos, o que pode facilitar o aceso às derivações. Em uma concretização, cada parte de um enrolamento secundário dividido pode ser idêntica. Em uma concretização, as partes de um enrolamento secundário dividido podem ser substancialmente idênticas. Em uma concretização, partes de um enrolamento secundário dividido podem ter o mesmo número de espiras. Em uma concretização, partes de um enrolamento secundário dividido podem ter um número de espiras similar, mas diferente. Em uma concretização, um enrolamento primário (por exemplo, o enrolamento primário A) pode ser fisicamente dividido, o que, em algumas concretizações, fornece melhor qualidade de energia por reduzir a distorção harmônica, por exemplo, reduzindo a distorção em harmônicos selecionados. Em uma concretização, um primário fisicamente dividido pode ter um enrolamento secundário dividido interposto entre partes do enrolamento primário dividido (vide a bobina 810 da Figura 8). Um enrolamento primário dividido pode ter duas partes idênticas, pode ter duas partes substancialmente similares com um número de espiras similar, mas diferente, etc. Em uma concretização, as bobinas podem ser substancialmente idênticas a uma das bobinas com uma polaridade oposta à de uma polaridade das outras bobinas. Os enrolamentos do transformador 602 podem compreender, por exemplo, cobre, alumínio anodizado, combinações dos mesmos, etc.

Em simulações e testando a aplicação de um sinal de entrada CA de 115 Volts trifásico a uma concretização do conversor de energia 600 da Figura 6, uma saída de aproximadamente 28 volts CC foi obtida com uma distorção harmônica total na faixa de 65 a 7,5%, e formas de onda de corrente de entrada consistentes com a retificação de 12 pulsos. A topologia da concretização da Figura 6 é muito mais simples do que as topologias dos conversores de energia 200, 300 das Figuras 2 e 3, e o uso dos transformadores ITP e dos indutores de filtro foi evitado obtendo-se, ao mesmo tempo, uma distorção harmônica inferior à dos conversores de energia Delta-Hex, tal como o conversor de energia 400 da Figura 4. O desempenho elétrico superior em relação às topologias ilustradas nas Figuras 2 a 4 também pode ser obtido. Em uma concretização, as quedas de tensão e a dissipação de energia nos transformadores IPT e nos indutores de entrada podem ser evitadas, as eficiências de energia são aprimoradas, os diodos do retificador compartilham a corrente igualmente (o que facilita ao lidar com sobrecargas), as emissões EMI são menores e as distorções de corrente CA estão em um nível aceitável.

A Figura 7 é um diagrama esquemático elétrico de uma concretização de um conversor de energia 700 empregando uma topologia Delta-Hex. O conversor de energia 700 compreende um transformador 702 e um estágio retificador 704. O transformador 702 compreende um primário 710, um secundário 712 e um núcleo 711.

O primário 710 tem um primeiro enrolamento A, um segundo enrolamento B e um terceiro enrolamento C configurados para acoplar-se a um sinal de entrada CA trifásico 712 em uma configuração Delta. Cada enrolamento A, B, C do primário 710 tem uma respectiva primeira derivação 1 uma segunda derivação 2. Como ilustrado, as derivações 1, 2 dos enrolamentos A, B, C do primário 710 estão nas extremidades dos enrolamentos A, B, C. O número de referência atribuído a uma derivação ou a uma extremidade de um enrolamento não indica necessariamente uma contagem de espiras na derivação ou extremidade. Os enrolamentos primários A, B, C tipicamente possuem mais de uma espira. Por exemplo, um enrolamento primário, tal como o enrolamento A do primário 710, pode ter 61 espiras em uma concretização. Uma polaridade de cada enrolamento A, B, C do primário 710 é indicada por uma estrela*.

O secundário 712 compreende um primeiro enrolamento secundário dividido Ai, A2, um segundo enrolamento secundário dividido Bi, B2, e um terceiro enrolamento secundário dividido Ci, C2 acoplados juntos nas extremidades em uma configuração hexagonal. Uma corrente no primeiro enrolamento A do primário 710 induz uma corrente no primeiro enrolamento dividido Ai, A2 do secundário 712, uma corrente no segundo enrolamento B do primário 710 induz uma corrente no segundo enrolamento dividido Bi, B2 do secundário 712, e uma corrente no terceiro enrolamento C do primário 710 induz uma corrente no terceiro enrolamento dividido Ci, C2 do secundário 712. Outras correntes, geralmente de magnitude inferior, podem ser induzidas nos outros enrolamentos (por exemplo, uma corrente no primeiro enrolamento A do primário 710 pode induzir uma corrente no segundo enrolamento dividido Bi, B2 do secundário 712, mas essa corrente geralmente será de uma magnitude inferior á de uma corrente induzida no primeiro enrolamento dividido Ai, A2 do secundário 712 pela corrente no primeiro enrolamento A do primário 710).

Como ilustrado, cada enrolamento secundário dividido tem múltiplas espiras, uma primeira parte (por exemplo, Ai) com metade das espiras, duas extremidades 3, 6 e duas derivações 4, 5 e uma segunda parte (por exemplo, A2) com metade das espiras, duas ex-tremidades 7, 10 e duas derivações 8, 9, com as derivações 4, 5, 8, 9 configuradas para se acoplar ao estágio de retificação 704. Em uma concretização, pode-se empregar um total de 8 espiras, com duas espiras entre as derivações em uma mesma parte de um enrolamento secundário. Outros números de espiras podem ser empregados e as derivações em concre-tizações com números diferentes de espiras podem ser em diferentes espiras dos enrolamentos. Uma polaridade de cada enrolamento do secundário 712 é indicada por uma estrela*.

Uma polaridade do segundo enrolamento dividido Bi, B2 do secundário 712 é invertida em relação a uma polaridade do primeiro enrolamento dividido Ai, A2e do terceiro enrolamento dividido Ci, C2 do secundário 712. Como discutido acima, nos modelos Delta-Hex, como o ilustrado na Figura 4, 0 número prático mínimo de espiras entre as derivações foi de 3 ou mais de modo a obter relações de espiras mais próximas das relações ideais, e, assim, evitar que problemas de qualidade de energia surjam dos desvios. Em uma concretização, inverter a polaridade do segundo enrolamento dividido B1, B2 do secundário 712 compensa pelo menos parcialmente os desvios de relação de espiras maiores e as assimetrias da bobina, e, com isso, facilita a obtenção de uma qualidade de energia aceitável mesmo quando um número mínimo de espiras entre as derivações acopladas ao estágio retificador 704 é reduzido a duas espiras. Reduzir o número de espiras entre as derivações facilita o uso de transformadores tendo enrolamentos com menos espiras, e, assim, facilita transformadores e conversores de energia menores, mais leves e de menor custo. Algumas concretizações podem inverter a polaridade do enrolamento primário B em relação aos enrolamentos primários A e C.

O estágio de retificação 704 compreende um primeiro conjunto de ramificações do retificador 714A, 714B acopladas a uma saída positiva do conversor de energia 700 e um segundo conjunto de ramificações do retificador 716A, 716B acopladas a uma saída negativa do conversor de energia 700. Como ilustrado, cada ramificação do retificador 714A, 714B, 716A e 716B inclui seis diodos 718 acoplados em paralelo a um snubber 720 opcional. Outras configurações de ramificação do retificador podem ser empregadas. Como ilustrado, cada snubber compreende um resistor acoplado em série a um capacitor. Um snubber pode compreender, por exemplo, um capacitor de 4 micro-Farad acoplado em série a um resistor de 1 ohm. Outros snubbers podem ser empregados e os snubbers podem ser omitidos em algumas concretizações.

Cada uma das derivações 4, 5, 8, 9 de cada enrolamento secundário configurado para se acoplar ao estágio retificador 704 é acoplada a um respectivo anodo de um diodo 718 do primeiro conjunto de ramificações do retificador 714A, 714B e a um respectivo cátodo de um diodo 718 do segundo conjunto de ramificações do retificador 716A, 716B.

O conversor de energia 700 compreende um primeiro caminho de retificação 730 e um segundo caminho de retificação 732 entre as derivações dos enrolamentos secundários do transformador 702 e as saídas do conversor de energia 700, com o primeiro e segundo caminhos de retificação 730, 732 tendo diferentes indutâncias. Essa diferença na indutância fornece um desvio de fase adicional nas correntes. Como ilustrado, o primeiro caminho de retificação 730 inclui um acoplamento entre os cátodos dos diodos 718 do primeiro conjunto de ramificações do retificador 714A, 714B e a saída positiva do conversor de energia 700, e o segundo caminho de retificação 732 inclui um acoplamento entre os ânodos dos diodos 718 do segundo conjunto de ramificações do retificador 716A, 716B. Como ilustrado, a diferença na indutância entre o primeiro caminho de retificação 730 e o segundo caminho de retificação 732 é obtida mediante o acoplamento dos indutores 734, 736 em uma parte do caminho de retificação 730 acoplando os diodos 718 do primeiro conjunto de ramificações do retificador 714A, 714B à saída positiva do conversor de energia 700. Por exemplo, indutores com uma indutância de aproximadamente 5 micro-Henries podem ser empregados. Outras indutâncias podem ser empregadas, e uma diferença desejada na indutância entre o primeiro caminho de retificação 730 e o segundo caminho de retificação 732 pode ser obtida de outras maneiras. Em algumas concretizações, uma diferença desejada na indutância pode ser obtida simplesmente configurando uma parte do caminho de retificação 730 acoplando o primeiro conjunto de ramificações do retificador 714A, 714B à saída positiva do conversor de energia 700 para ter um comprimento maior ou menor do que uma parte do caminho de retificação 732 acoplando o segundo conjunto de ramificações do retificador 716A, 716B à saída negativa do conversor de energia 700. Por exemplo, metade das saídas secundárias pode ser configurada com condutores maiores do que a outra metade das saídas secundárias. A diferença na indutância pode ser selecionada de modo que as ten- sões/correntes nas saídas do secundário 712 do transformador 702 sejam desviadas em aproximadamente 15 graus uma das outras, resultando em características de energia de uma retificação de 24 pulsos. Exemplos adicionais de formas de se obter uma diferença desejada na indutância entre o primeiro caminho de retificação 730 e o segundo caminho de retificação 732 incluem colocar um indutor entre o nó 740 e a saída positiva do conversor de energia 700, colocar um par de indutores entre o nó 742 e os respectivos conjuntos de retifi- cadores do segundo conjunto de retificadores 716A, 716B, colocar indutores entre as derivações dos enrolamentos secundários do transformador 702 e o primeiro conjunto de retificadores 714A, 714B (vide a Figura 5), colocar um indutor entre o nó 742 e a saída negativa do conversor de energia 700, etc. Como observado acima, o uso de condutores de diferentes comprimentos em vez de bobinas indutivas pode ser suficiente para obter uma diferença desejada na indutância entre o primeiro caminho de retificação 730 e o segundo caminho de retificação 732.

Em uma concretização, o transformador 702 compreende três bobinas idênticas ou bobinas substancialmente idênticas, cada uma tendo um enrolamento primário (por exemplo, o enrolamento primário A) e um enrolamento secundário dividido (por exemplo, o enrolamento secundário dividido Ai, Az). Bobinas não-idênticas podem ser empregadas, embora bobinas substancialmente idênticas ou tipicamente idênticas possam oferecer maior qualidade de energia. Os enrolamentos secundários podem ser fisicamente divididos bem como logicamente divididos, o que pode facilitar o aceso às derivações. Em uma concretização, cada parte de um enrolamento secundário dividido pode ser idêntica. Em uma concretização, as partes de um enrolamento secundário dividido podem ser substancialmente idênticas. Em uma concretização, partes de um enrolamento secundário dividido podem ter o mesmo número de espiras. Em uma concretização, partes de um enrolamento secundário dividido podem ter um número de espiras similar, mas diferente. Em uma concretização, um enrolamento primário (por exemplo, o enrolamento primário A) pode ser fisicamente dividido, o que, em algumas concretizações, fornece melhor qualidade de energia por reduzir a distorção harmônica, por exemplo, em harmônicos selecionados. Por exemplo, um primário fisicamente dividido pode ter um enrolamento secundário dividido interposto entre partes do enrolamento primário dividido (vide a Figura 8). Um enrolamento primário dividido pode ter duas partes idênticas, pode ter duas partes substancialmente similares com um número de espiras similar, mas diferente, etc. Em uma concretização, as bobinas podem ser substancialmente idênticas a uma das bobinas tendo um enrolamento secundário com um uma polaridade oposta a uma polaridade dos enrolamentos secundários das outras bobinas. Os enrolamentos do transformador 702 podem compreender, por exemplo, cobre, alumínio anodiza- do, combinações dos mesmos, etc.

Como ilustrado, o conversor de energia 700 é configurado para fornecer uma saída de aproximadamente 28 Volts CC em resposta a uma entrada de 115 Volts CA. Como ilustrado, o conversor de energia 700 tem um filtro de entrada opcional 722 e um filtro de saída opcional 724. Outras configurações de filtro podem ser empregadas.

Em simulações e testando a aplicação de um sinal de entrada CA de 115 Volts trifásico a uma concretização do conversor de energia 700 da Figura 7, uma saída de aproximadamente 28 volts CC foi obtida com uma distorção harmônica total na faixa de 3,3% a 4,2%, com formas de onda de corrente de entrada consistentes com a retificação de 24 pulsos. A topologia da concretização da Figura 7 é muito mais simples do que as topologias dos conversores de energia 200, 300 das Figuras 2 e 3, e o uso dos transformadores ITP e dos indutores de filtro foi evitado obtendo-se, ao mesmo tempo, uma distorção harmônica inferior à dos conversores de energia Delta-Hex, tal como o conversor de energia 400 da Figura 4. O desempenho elétrico superior em relação às topologias das Figuras 2 a 4 também pode ser obtido. Em uma concretização, as quedas de tensão e a dissipação de energia nos transformadores IPT e nos indutores de entrada podem ser evitadas, as eficiências de energia são aprimoradas, os diodos do retificador compartilham a corrente igualmente (o que facilita ao lidar com sobrecargas), as emissões EMI são menores e as distorções de corrente CA estão em um nível aceitável.

A Figura 8 é uma vista esquemática de uma concretização de um transformador 800, adequado para uso, por exemplo, nas concretizações dos conversores de energia ilustrados nas Figuras 5 a 7. A Figura 9 é uma vista de cima de uma concretização do transformador 800 da Figura 8.

O transformador 800 compreende três bobinas 810, 820, 830 envolvidos em um núcleo 802. O núcleo 802 pode, por exemplo, assumir a forma de um material magnetizável ou de ferrita, por exemplo, uma haste ou barra de ferrita, cobalto de samário ou neodímio- ferro-boro. Embora não ilustrado, o transformador 800 pode incluir um alojamento.

A primeira bobina 810 compreende um enrolamento primário A dividido em uma parte de enrolamento interna 812 e uma parte de enrolamento externa 814. A parte de enrolamento interna 812 compreende duas derivações 1, 2 posicionadas nas extremidades da parte de enrolamento interna 812. A parte de enrolamento externa 814 compreende duas derivações 11, 12 posicionadas nas extremidades da parte de enrolamento externa 814. O enrolamento primário A tem uma primeira polaridade indicada por uma estrela*. O número total de espiras do primário A pode ser selecionado para facilitar a obtenção de uma relação de espiras desejada (vide, por exemplo, a Tabela 1, abaixo). O número total de espiras do enrolamento primário A pode ser, por exemplo, 181 espiras, 121 espiras, 61 espiras, etc. O número total de espiras da parte de enrolamento interna 812 do enrolamento primário A pode ser, por exemplo, 90, 91, 60, 61 , 62, 30, 31 ou 32 espiras, e o número total de espiras da parte externa 814 do enrolamento primário A pode ser, por exemplo, 91 , 90, 89, 61 , 60, 59, 31 , 30 ou 29 espiras. Outros números totais de espiras e números de espiras nas respectivas partes podem ser empregados. A primeira bobina 810 compreende um secundário dividido A2 tendo quatro extremidades 3, 6, 7, 10 e quatro derivações 4, 5, 8, 9. Como ilustrado, o secundário dividido Ai, A2 é interposto entre a primeira parte 812 e a segunda parte 814 do primário A. O enrolamento secundário Ai, A2 tem a primeira polaridade como indicado por uma estrela*. O número total de espiras do enrolamento secundário Ai, A2, pode ser, por exemplo, 22, 16 ou 8, com cada parte Ai, A2 tipicamente tendo metade do total de espiras, por exemplo, 11, 8 ou 4 espiras. Outros números totais de espiras e números de espiras nas respectivas partes podem ser empregados.

A segunda bobina 820 compreende um enrolamento primário B dividido em uma parte de enrolamento interna 822 e uma parte de enrolamento externa 824. A parte de enrolamento interna 822 compreende duas derivações 11, 12 posicionadas nas extremidades da parte de enrolamento interna 822. A parte de enrolamento externa 824 compreende duas derivações 1, 1 posicionadas nas extremidades da parte de enrolamento externa 824. O enrolamento primário B tem uma segunda polaridade indicada por uma estrela* e diferente da primeira polaridade. O número total de espiras do primário B pode ser selecionado para facilitar a obtenção de uma relação de espiras desejada (vide a Tabela 1 abaixo). O número total de espiras do enrolamento primário B pode ser, por exemplo, 181 espiras, 121 espiras, 61 espiras, etc. O número total de espiras da parte de enrolamento interna 822 do enrolamento primário B pode ser, por exemplo, 90, 91, 60, 61, 62, 30, 31 ou 32 espiras, e o número total de espiras da parte externa 824 do enrolamento primário B pode ser, por exemplo, 91 , 90, 89, 61 , 60, 59, 31, 30 ou 29 espiras. Outros números totais de espiras e números de espiras nas respectivas partes podem ser empregados. A segunda bobina 820 compreende um secundário dividido Bi, B2 tendo quatro extremidades 3, 6, 7, 10 e quatro derivações 4, 5, 8, 9. Como ilustrado, o secundário dividido Bi, B2 é interposto entre a primeira parte 822 e a segunda parte 824 do primário B. O enrolamento secundário Bi, B2 tem a segunda polaridade como indicado por uma estrela*. O número total de espiras do enrolamento secundário Bi, B2, pode ser, por exemplo, 22, 16 ou 8, com cada parte Bi, B2 tipicamente tendo metade do total de espiras, por exemplo, 11, 8 ou 4 espiras. Outros números totais de espiras e números de espiras nas respectivas partes podem ser empregados.

A terceira bobina 830 compreende um enrolamento primário C dividido em uma parte de enrolamento interna 832 e uma parte de enrolamento externa 834. A parte de enrolamento interna 832 compreende duas derivações 1, 2 posicionadas nas extremidades da parte de enrolamento interna 832. A parte de enrolamento externa 834 compreende duas derivações 11, 12 posicionadas nas extremidades da parte de enrolamento externa 834. O enrolamento primário C tem uma primeira polaridade indicada por uma estrela*. O número total de espiras do primário C pode ser selecionado para facilitar a obtenção de uma relação de espiras desejada (vide a Tabela 1 abaixo). O número total de espiras do enrolamento primário C pode ser, por exemplo, 181 espiras, 121 espiras, 61 espiras, etc. O número total de espiras da parte de enrolamento interna 832 do enrolamento primário C pode ser, por exemplo, 90, 91, 60, 61, 62, 30, 31 ou 32 espiras, e o número total de espiras da parte externa 834 do enrolamento primário C pode ser, por exemplo, 91, 90, 89, 61 , 60, 59, 31, 30 ou 29 espiras. Outros números totais de espiras e números de espiras nas respectivas partes podem ser empregados. A terceira bobina 830 compreende um secundário dividido Ci, C2 tendo quatro extremidades 3, 6, 7, 10 e quatro derivações 4, 5, 8, 9. Como ilustrado, o secundário dividido Ci, C2 é interposto entre a primeira parte 832 e a segunda parte 834 do primário C. O enrolamento secundário Ci, C2 tem a primeira polaridade como indicado por uma estrela*. O número total de espiras do enrolamento secundário Ci, C2, pode ser, por exemplo, 22, 16 ou 8, com cada parte Ci, C2 tipicamente tendo metade do total de espiras, por exemplo, 11, 8 ou 4 espiras. Outros números totais de espiras e números de espiras nas respectivas partes podem ser empregados.

A primeira bobina 810, a segunda bobina 820 e a terceira bobina 830 são posicionadas próximas uma das outras em uma fileira, com a segunda bobina 820 posicionada entre a primeira bobina 810 e a terceira bobina 830.

A primeira, segunda e terceira bobinas 810, 820, 830 podem ser tipicamente idênticas ou substancialmente idênticas, com a polaridade da segunda bobina 820 sendo oposta à polaridade da primeira e terceira bobinas 810, 830 em uma concretização.

A Figura 9 é uma vista de cima de uma concretização do transformador 800 da Figura 8, adequada para uso, por exemplo, nas concretizações dos conversores de energia ilustrados nas Figuras 5 a 7. O transformador compreende um núcleo 802 tendo três bobinas envolvidas nele, que, como ilustrado, são a primeira, segunda e terceira bobinas 810, 820, 830 da Figura 8. A Figura 9 ilustra os acoplamentos dos enrolamentos secundários das bobinas 810, 820, 830 umas às outras em uma concretização. A terceira derivação 3 da terceira bobina 830 é acoplada à sétima derivação 7 da primeira bobina 810, a sexta derivação 6 da terceira bobina 830 é acoplada à sétima derivação 7 da segunda bobina 820, a sétima derivação 7 da terceira bobina 830 é acoplada à sexta derivação 6 da segunda bobina 820, a décima derivação 10 da terceira bobina 830 é acoplada à sexta derivação 6 da primeira bobina 810, a terceira derivação 3 da primeira bobina 810 é acoplada à décima derivação 10 da segunda bobina 820 e a décima derivação 10 da primeira bobina 810 é acoplada à terceira derivação 3 da segunda bobina 820. A quarta derivação 4, a quinta derivação 5, a oitava derivação 8 e a nona derivação 9 das respectivas bobinas 810, 820, 830 estão disponíveis para acoplamento a um estágio retificador (vide, por exemplo, o estágio retificador 704 da Figura 7).

As Figuras 10 a 12 mostram vistas frontais e laterais de uma concretização de um conversor de energia 1000, e ilustra uma disposição ilustrativa dos componentes de um transformador e retificador adequada para uso, por exemplo, na concretização de um conversor de energia 700 da Figura 7. Como ilustrado, o transformador emprega a configuração física da concretização de um transformador 800 das Figuras 8 e 9 e o retificador emprega a configuração elétrica do retificador 704 do conversor de energia 700 da Figura 7.

A Figura 13 é uma vista isométrica de uma concretização de um conversor de energia 1300. O conversor de energia 1300 compreende um transformador 1302 tendo um dissipador de calor da bobina 1336, e um retificador 1304 incluindo uma pluralidade de díodos 1318 acoplados aos dissipadores de calor de diodo 1338. Como ilustrado, os dissipadores de calor de diodo 1338 são eletricamente acoplados aos díodos 1318, e são configurados como barras condutoras para saídas CC positivas e negativas do conversor de energia 1300. Embora sejam ilustrados 12 diodos, diodos adicionais podem ser empregados em algumas concretizações. O conversor de energia pode empregar, por exemplo, uma topologia Delta-Hex, tais como as topologias ilustradas nas Figuras 5 a 7, etc.

As Figuras 14 a 19 ilustram graficamente diferenças típicas na qualidade de energia produzida pelos conversores de energia empregando topologias de conversão de 6 pulsos, 12 pulsos e 24 pulsos.

A Figura 14 é uma representação gráfica de uma ondulação em uma saída CC de uma concretização de um conversor de energia de 6 pulsos. A ondulação CC, como ilustrado, é de cerca de 14 por cento da tensão de saída. A Figura 15 é uma representação gráfica de uma corrente de entrada de uma concretização de um conversor de energia de 6 pulsos. A distorção harmônica total, como ilustrado, é de aproximadamente 28 a 32 por cento.

A Figura 16 é uma representação gráfica de uma ondulação em uma saída CC de uma concretização de um conversor de energia de 12 pulsos. A ondulação CC, como ilustrado, é de cerca de 3,4 por cento da tensão de saída. A Figura 17 é uma representação gráfica de uma corrente de entrada de uma concretização de um conversor de energia de 12 pulsos. A distorção harmônica total, como ilustrado, é de aproximadamente 9 a 14 por cento.

A Figura 18 é uma representação gráfica de uma ondulação em uma saída CC de uma concretização de um conversor de energia de 24 pulsos. A ondulação CC, como ilustrado, é de cerca de 0,9 por cento. A Figura 19 é uma representação gráfica de uma corrente de entrada de uma concretização de um conversor de energia de 24 pulsos. A distorção harmônica total, como ilustrado, é de aproximadamente 3 a 5 por cento.

A Tabela 1 fornece alguns exemplos de espiras de enrolamento do transformador, colocações de espiras de derivação, e erros de derivação/centro resultantes calculados. Simulações das concretizações dos conversores de energia em uma configuração Delta- Hex, tais como as ilustradas nas Figuras 5 a 12, produziram qualidade de energia aceitável para os erros de centro de derivação chegando a 7,5%. Na prática, as bobinas com um número total de espiras no enrolamento primário de 181 ou menos podem tipicamente ser empregadas nos conversores de energia usados em aplicações de aviônica. Para topologias como a ilustrada na Figura 4, a qualidade de energia está no limite quando o número de espiras é de 181, e geralmente muito baixa quando o número de espias é menor do que 181. Em contrapartida, a qualidade de energia para as concretizações das topologias Delta- Hex ilustradas nas Figuras 5 a 7 é geralmente boa o suficiente para uso em aplicações que necessitem de uma alimentação de alta corrente e baixa tensão, tais como aplicações em aviônica.

Tabela 1

A descrição acima das concretizações ilustradas, incluindo o que é descrito no Resumo, não tem a intenção de ser exaustiva ou de limitar as concretizações às formas precisas reveladas. Embora concretizações específicas e exemplos sejam descritos aqui para fins ilustrativos, várias modificações equivalentes podem ser efetuadas sem divergir do espírito e âmbito da revelação, como será reconhecido pelos versados na técnica relacionada. Os ensinamentos aqui apresentados das várias concretizações podem ser aplicados a outros transformadores, retificadores e conversores de energia, não necessariamente aos transformadores ilustrativos, retificadores e conversores de energia descritos de forma geral acima. Os ensinamentos aqui apresentados das várias concretizações podem ser aplicados a outros circuitos, incluindo outros circuitos conversores, não necessariamente aos circuitos conversores ilustrativos descritos de forma geral acima.

As várias concretizações descritas acima podem ser combinadas para obter con-cretizações adicionais. Os aspectos das concretizações podem ser modificados, se necessário, para empregar sistemas, circuitos e conceitos das várias patentes, aplicações e publicações discutidas aqui para obter ainda outras concretizações adicionais.

Essas e outras alterações podem ser feitas nas concretizações à luz da descrição detalhada acima. Em geral, nas reivindicações seguintes, os termos usados não devem ser interpretados de forma a limitar as reivindicações às concretizações específicas reveladas no relatório descritivo e nas reivindicações, mas sim de forma a incluir todas as concretiza- ções possíveis junto ao amplo escopo de equivalentes aos quais tais reivindicações são designadas. Sendo assim, as reivindicações não se limitam à revelação.

Claims

1. Conversor de energia para emitir tensão de corrente contínua de 24 pulsos, compreendendo: um transformador (502, 702) incluindo: três enrolamentos primários (A, B, C, 506, 706) configurados para receber respectivas fases de um sinal de entrada de corrente alternada (CA) trifásico em uma configuração delta; e três enrolamentos secundários (508, 712, A1, A2, B1, B2, C1, C2), cada um dividido em duas partes, as partes dos enrolamentos secundários acopladas juntas em um hexágono regular fechado, com cada parte de cada enrolamento secundário tendo pelo menos duas derivações (4, 5, 8, 9) e as derivações (4, 5, 8, 9) distribuídas em ângulos regulares no hexágono regular fechado; um primeiro caminho de retificação (630, 730) acoplado entre as derivações dos en-rolamentos secundários e uma saída positiva do conversor de energia; e um segundo caminho de retificação (532, 732) acoplado entre as derivações dos enrolamentos secundários e uma saída negativa do conversor de energia, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro caminho de retificação (530, 730) tem uma indutância e o segundo caminho de retificação (532, 732) tem uma indutância com uma diferença da indutância do primeiro caminho de retificação (530, 730), a qual em operação, faz com que o primeiro e o segundo caminhos de retificação (530, 532, 730,732) convertam sinais CA de dose fases na corrente contínua de vinte e quatro pulsos.

2. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a diferença na indutância é selecionada para fazer com que as saídas dos enro-lamentos secundários (508, 712, A1, A2, B1, B2, C1, C2) sejam deslocadas aproximadamente 15 graus uma da outra.

3. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, o primeiro caminho de retificação (530, 730) compreende uma primeira pluralidade de retificadores (714A, 714B) acoplados a saída positiva; e o segundo caminho de retificação (532, 732) compreende uma segunda pluralidade de retificadores (716A, 716B) acoplados a saída negativa, em que uma indutância de um caminho de acoplamento entre a primeira pluralidade de retificadores e a saída positiva é diferente de uma indutância de um caminho de acoplamento entre a segunda pluralidade de retificadores e a saída negativa.

4. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que um comprimento de um condutor do caminho de acoplamento entre a primeira pluralidade de retificadores (714A, 714B) e a saída positiva é diferente do comprimento de um condutor do caminho de acoplamento entre a segunda pluralidade de retificadores (716A, 716B) e a saída negativa.

5. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro caminho de retificação (530, 730) compreende: uma primeira pluralidade de retificadores (714A) contendo cátodos acoplados juntos; um indutor (734) acoplado entre os cátodos da primeira pluralidade de retificadores e a saída positiva; uma segunda pluralidade de retificadores (714B) contendo cátodos acoplados juntos; e um indutor (736) acoplado entre os cátodos da segunda pluralidade de retificadores e a saída positiva.

6. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que um dos enrolamentos secundários (508, 712, A1, A2, B1, B2, C1, C2) tem uma polaridade oposta a uma polaridade dos outros enrolamentos secundários.

7. Conversor de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que cada enrolamento primário é dividido em duas partes e cada enrolamento secundário (508, 712, A1, A2, B1, B2, C1, C2) é interposto entre duas partes de um enrolamento primário correspondente (A, B, C, 506, 706).

8. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, o primeiro caminho de retificação (530, 730) compreende 12 retificadores (714A, 714B), cada um acoplado a uma respectiva derivação dos enrolamentos secundários (508, 712, A1, A2, B1, B2, C1, C2) através de respectivos acoplamentos tendo uma primeira indutância; e o segundo caminho de retificação (532, 732) compreende 12 retificadores (716A, 716B), cada um acoplado a uma respectiva derivação dos enrolamentos secundários (508, 712, A1, A2, B1, B2, C1, C2) através de respectivos acoplamentos tendo uma segunda indutância diferente da primeira indutância.

9. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro caminho de retificação (530, 730) compreende um condutor tendo um comprimento diferente de um comprimento de um condutor correspondente do segundo ca-minho de retificação (532, 732).

10. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a indutância do primeiro caminho de retificação (530, 730) é aproximadamente cinco vezes a indutância do segundo caminho de retificação (532, 732).

11. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as derivações dos enrolamentos secundários (508, 712, A1, A2, B1, B2, C1, C2) são distribuídas em ângulos centrais idênticos no hexágono regular.

12. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que duas derivações em uma parte de um enrolamento secundário (508, 712, A1, A2, B1, B2, C1, C2) estão em espiras adjacentes da parte do enrolamento secundário.

13. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o transformador (502, 702) compreende três bobinas idênticas, cada bobina compreendendo um dos enrolamentos primários (A, B, C, 506, 706) e um enrolamento se-cundário correspondente (508, 712, A1, A2, B1, B2, C1, C2).

14. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que as bobinas são posicionadas próximas uma das outras em uma fileira e uma bobina central tem uma polaridade diferente de uma polaridade das outras bobinas.

15. Método para emitir tensão de corrente contínua de 24 pulsos, compreendendo: acoplar três enrolamentos primários (A, B, C, 506, 706) de um transformador (502, 702) uns aos outros em uma configuração diferencial para receber respectivas fases de uma corrente alternada trifásica; acoplar partes divididas dos três enrolamentos secundários (508, 712, A1, A2, B1, B2, C1, C2) do transformador juntas em uma configuração hexagonal regular; proporcionar uma pluralidade de derivações (4, 5, 8, 9) distribuídas em ângulos re-gulares nos enrolamentos secundários (508, 712, A1, A2, B1, B2, C1, C2), cada parte de enrolamento secundário dividida tendo pelo menos duas derivações; formar um primeiro caminho de retificação (530, 730) entre a pluralidade de deriva-ções e uma saída positiva; e formar um segundo caminho de retificação (532,732) entre a pluralidade de deriva-ções e uma saída negativa, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro caminho de retificação (530, 730) tem uma indutância e o segundo caminho de retificação (532, 732) tem uma indutância com uma diferença da indutância do primeiro caminho de retificação, a qual em operação, faz com que o primeiro e o segundo caminhos de retificação (530, 532, 730, 732) convertam sinais de energia CA de dose fases na corrente contínua de vinte e quatro pulsos.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que, o primeiro caminho de retificação (530, 730) compreende uma primeira pluralidade de retificadores acoplados a saída positiva; e o segundo caminho de retificação (532, 732) compreende uma segunda pluralidade de retificadores acoplados a saída negativa, em que uma indutância de um caminho de acoplamento entre a primeira pluralidade de retificadores e a saída positiva é diferente do que uma indutância de um caminho de acoplamento entre a segunda pluralidade de retificadores e a saída negativa.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que um comprimento de um condutor do caminho de acoplamento entre a primeira pluralidade de retificadores (714A, 714B) e a saída positiva é diferente do que o comprimento de um condutor do caminho de acoplamento entre a segunda pluralidade de retificadores (716a, 716B) e a saída negativa.

18. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro caminho de retificação (530, 730) compreende: uma primeira pluralidade de retificadores (714A) contendo cátodos acoplados juntos; um indutor (734) acoplado entre os cátodos da primeira pluralidade de retificadores e a saída positiva; uma segunda pluralidade de retificadores (714B) contendo cátodos acoplados juntos; e um indutor (736) acoplado entre os cátodos da segunda pluralidade de retificadores e a saída positiva.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o transformador (502, 702) compreende uma primeira, segunda e terceira bobinas, e o método compreende: posicionar a primeira, segunda e terceira bobinas juntas em uma fileira com a segunda bobina separando a primeira e terceira bobinas, a segunda bobina tendo uma polaridade diferente da polaridade da primeira bobina e da terceira bobina.

20. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que os enrolamentos primários (A, B, C, 506, 706) são divididos em primeira e segunda partes primárias e as partes de cada enrolamento secundário (508, 712, A1, A2, B1, B2, C1, C2) são interpostas entre a primeira e segunda partes primárias de um respectivo enrolamento primário.

21. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a diferença na indutância é selecionada para fazer com que as saídas dos enrolamentos secundários (508, 712, A1, A2, B1, B2, C1, C2) sejam deslocadas 15 graus uma da outra.