BR112014027284B1

BR112014027284B1 - Arranjo para controlar um gerador síncrono, sistema gerador e sistema de energia

Info

Publication number: BR112014027284B1
Application number: BR112014027284-0A
Authority: BR
Inventors: Espen Haugan
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2021-09-21
Also published as: WO2013164138A2; CN104272581B; CN104272581A; KR102109310B1; SG11201406810WA; DK2839575T3; EP2839575B1; ES2607435T3; BR112014027284A2; EP2839575A2; WO2013164138A3; KR20150013230A; EP2660941A1; US10505479B2; US20150123625A1

Abstract

arranjo para controlar um gerador síncrono, sistema gerador e sistema de energia. a presente invenção refere-se a um arranjo (102) para controlar um gerador síncrono (105) que tem um estator (129) que compreende pelo menos um enrolamento de estator (131) e que tem um rotor (137) com um eletroímã (139) acionado por uma corrente de campo (127), em que o rotor (137) é girável em relação ao estator (129), em que o eletroímã (139) é acoplado indutivamente ao enrolamento de estator (131), o arranjo (102) que compreende um sistema adaptado para medir pelo menos uma quantidade (167, 165, 168, 169, 171); e um controlador (103) adaptado para fazer com que a corrente de campo seja desativada (127), se a quantidade satisfizer pelo menos um critério associado com pelo menos um funcionamento defeituoso.

Description

DESCRIÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um arranjo para controlar um gerador síncrono, a um sistema de gerador que compreende o arranjo e a um sistema de energia para embarcação constituída pelo sistema de gerador.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[002] O documento de patente n° EP 1 012 943 Bl revela um sis tema para suprir consumidores eletromotrizes com energia elétrica, em que um motor à diesel aciona um gerador CA conectado a um retifica- dor, a fim de fornecer um fluxo de energia CC.

[003] O documento de patente n° EP 1 614 621 Bl revela um sis tema de suprimento de energia elétrica para embarcações que tem um gerador e consumidores.

[004] O documento de patente n° EP 1 914 162 Bl revela um sis tema de distribuição de potência CC que pode ser usado para sistemas de propulsão e energia de embarcação, em que um motor à diesel aciona um gerador para suprir potência para um conversor de saída.

[005] O documento de patente n° WO 2010/06077 A2 revela um sistema de distribuição de potência que compreende uma pluralidade de sistemas de gerador em que cada um compreende um gerador de corrente alternada diretamente conectado a um retificador.

[006] Foi observado que sistemas de distribuição de potência convencionais não operam em todas as situações de maneira confiável e segura.

[007] Pode existir uma necessidade de um arranjo para controlar um gerador síncrono, para um sistema de gerador e um sistema de energia de embarcação, em que pode ser garantido que o sistema opere de maneira confiável e segura, em particular no caso de uma falha ou funcionamento defeituoso de um ou mais componentes do sistema ou de um componente externo. SUMÁRIO DA INVENÇÃO [001] Esta necessidade pode ser satisfeita pela matéria de acor do com a presente invenção. As modalidades vantajosas da presente invenção são descritas pelas concretizações. [002] De acordo com uma modalidade, é fornecido um arranjo para controlar um gerador síncrono que tem um estator que compreende pelo menos um enrolamento de estator e que tem um rotor com um eletroímã acionado por uma corrente campo, o rotor é girável em relação ao estator, o eletroímã é acoplado indutivamente ao enrolamento de estator, o arranjo que compreende um sistema de medição adaptado para medir pelo menos uma quantidade e um controlador adaptado para fazer com que a corrente campo seja desativada, se a quantidade satisfizer pelo menos um critério associado com pelo menos um funcionamento defeituoso. Pelo menos uma quantidade pode incluir pelo menos uma quantidade indicativa de uma condição opera-cional de um circuito retificador conectado ao terminal de saída do en-rolamento de estator. [003] O arranjo não precisa compreender o gerador síncrono. O arranjo é, no entanto, adaptado para controlar o gerador síncrono. [004] O gerador síncrono gera em um terminal de saída um fluxo de potência CA (tensão e/ou corrente) que tem a mesma frequência que a frequência do rotor que gira em relação ao estator. O gerador síncrono pode, por exemplo, ser um gerador elétrico alimentado unicamente ou um gerador elétrico alimentado duplamente. A energia elétrica é gerada com o giro do rotor, em que por indução uma tensão é induzida no enrolamento de estator devido ao giro (movimento) do ele- troímã do rotor. Em particular, o gerador síncrono não compreende um ímã permanente, mas em vez disso um eletroímã que devido à corrente campo gera um campo magnético que, então, induz (no enrolamento de estator) a tensão que representa o fluxo de saída de potência elétrica. [005] Em particular, o gerador síncrono pode compreender um estator que tem três enrolamentos de estator (formado por porções de fio) dispostas em posições circunferenciais diferentes do estator. Os três enrolamentos (um por fase) são compostos de três fios separados que podem ser conectados de maneira semelhante à estrela ou de maneira semelhante a triângulo. [006] O eletroímã do rotor pode compreender um núcleo, em par ticular um núcleo ferromagnético, em que um campo magnético é gerado sob o fluxo da corrente campo através de uma bobina do eletroí- mã. A corrente campo pode, em particular, ser uma corrente campo CC. O rotor pode ser suportado através do uso de um mancal. [007] O sistema de medição pode compreender um ou mais sen sores de medição dispostos em uma ou mais posições do gerador síncrono ou em uma ou mais posições de componentes adicionais ou externos, como um retificador de gerador, uma carga e assim por diante. A quantidade pode, em particular, compreender uma quantidade elétrica. O controlador pode gerar, em particular ao receber a quantidade, um sinal de controle que pode ser suprido para um sistema de circuito elétrico adicional que, então, desativa indiretamente a corrente campo.

[008] Desativar a corrente campo pode desativar ou pelo menos reduzir um campo magnético gerado pelo eletroímã, quando a corrente campo flui através do eletroímã. Deste modo, desativar a corrente campo pode resultar em uma redução do campo magnético e pode até mesmo levar a um campo magnético que desaparece por um curto tempo, como entre 0,5 s e 3 s, após desativar a corrente campo. No entanto, o campo magnético pode se sustentar durante um tempo após desativar a corrente campo devido à remanência do eletroímã. No entanto, a remanência pode apenas levar a um campo magnético relativamente pequeno, que pode não induzir uma tensão significativa no enrolamento de estator.

[009] Desse modo, ao desativar a corrente campo o fluxo de energia que sai do gerador síncrono no terminal de saída ou em particular três terminais de saída pode ser reduzido a um valor pequeno, em particular a zero. Desse modo, no caso de um funcionamento defeituoso (do arranjo ou qualquer componente externo conectado indiretamente ou diretamente com o arranjo), em particular a corrente de saída, pode ser interrompida ou desativada, a fim de fornecer uma função de proteção para proteger o arranjo ou qualquer componente externo conectado diretamente ou indiretamente com o arranjo. Desse modo, uma operação confiável e segura do gerador síncrono pode ser garantida.

[0010] Em particular, o gerador síncrono pode estar conectado ou acoplado mecanicamente a um motor de combustão, como um gerador a diesel. Em particular, o gerador síncrono pode fornecer seu próprio fluxo de potência de saída para um retificador a fim de permitir montar um sistema de distribuição CC. Montar ou fornecer um sistema de distribuição de potência CC pode fornecer a vantagem para administrar o gerador com velocidade variável, que pode resultar em um consumo de combustível e poluição reduzidos; custos do sistema reduzidos e diminuição de esforços de manutenção exigidos pelos motores a diesel.

[0011] Em particular, quando o gerador síncrono está conectado no terminal de saída do mesmo a um retificador, a função de proteção é realizada ao desativar ou interromper o suprimento campo magnéti- co para a magnetização do gerador, isto é, o eletroímã do rotor.

[0012] Em uma modalidade, a quantidade é indicativa de uma temperatura de um circuito retificador conectado no terminal de saída do enrolamento de estator, em que pelo menos um critério compreende o fato de que a temperatura é maior do que o limite de temperatura.

[0013] A quantidade em relação à condição operacional do circuito retificador pode adicional ou alternativamente incluir uma quantidade indicativa de uma tensão CC entre os terminais de saída CC do circuito retificador. Pelo menos um critério pode compreender que a tensão CC cai abaixo de um limite de tensão, que pode, por exemplo, ocorrer soba ocorrência de uma falha em um componente acoplado eletricamente aos terminais de saída CC do circuito retificador, por exemplo, uma falha em um barramento CC ou em um componente acoplado ao mesmo.

[0014] Em uma modalidade, pelo menos uma quantidade pode incluir adicionalmente uma quantidade indicativa de uma condição operacional de um circuito de magnetização, em particular corrente de circuito de magnetização e/ou tensão de circuito de magnetização.

[0015] Em uma modalidade adicional, pelo menos uma quantidade pode incluir adicionalmente uma corrente de estator e uma corrente de saída medida para que o enrolamento de estator para obter uma diferença de corrente para fornecer proteção diferencial para o enrolamento de estator.

[0016] Em uma modalidade, o sistema de medição é adaptado pa ra medir pelo menos uma quantidade que inclui uma quantidade em relação à condição operacional do circuito retificador, uma quantidade indicativa de uma condição operacional do circuito de magnetização e da corrente de estator e de uma corrente de saída. Uma proteção abrangente do gerador e do circuito retificador acoplado ao mesmo pode deste modo ser alcançada.

[0017] Monitorar ou medir a temperatura do retificador pode forne cer uma indicação apropriada sobre se o retificador está em uma condição operacional aceitável. Em particular, uma falha ou um funcionamento defeituoso podem ser indicados por uma temperatura que substitui o limite de temperatura.

[0018] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a quantidade é indicativa de uma corrente de enrolamento de estator e/ou a quantidade é indicativa de uma corrente de saída em um terminal de saída CA do enrolamento de estator, em que pelo menos um critério compreende o fato de que a corrente de estator está acima de um limite de corrente de estator e/ou que a corrente de saída está acima de um limite de corrente de saída, em que o funcionamento defeituoso é um estado de curto-circuito de uma carga ou rede de comunicações conectada ao terminal de saída.

[0019] A corrente de enrolamento de estator pode compreender três porções de corrente de enrolamento de estator, cada uma é associada com um dos três enrolamentos de estator respectivos. Adicionalmente, a corrente de saída pode ser representada por três porções de corrente de saída cada uma sendo associada com um dos três terminais de saída que correspondem a três fases de saída. Em um gerador síncrono intacto a corrente de enrolamento de estator pode ser pelo menos aproximadamente igual à corrente de saída. No entanto, se existirem alguns problemas com o gerador síncrono, em particular com o enrolamento de estator ou os enrolamentos de estator, a corrente de enrolamento de estator pode ser diferente da corrente de saída. A corrente de enrolamento de estator pode ser medida em uma ou mais posições no enrolamento de estator e/ou a corrente de saída pode ser medida em uma ou mais posições próximas à ou no terminal de saída.

[0020] O limite de corrente de estator pode ser determinado em particular com base nas propriedades elétricas de componentes que estão conectados nos terminais de saída. Além disso, o limite de corrente de saída pode ser determinado com base nas propriedades elétricas de um ou mais componentes conectados aos terminais de saída. Em particular, o limite da corrente pode ser determinado com base nos limites da corrente de um ou mais componentes conectados aos terminais de saída. Desse modo, os componentes conectados aos terminais de saída podem ser protegidos de danos em caso do estado de curto-circuito. Em particular, o estado de curto-circuito pode ocorrer devido a algum funcionamento defeituoso ou falha em um sistema de distribuição, em particular em um sistema de distribuição de potência CC, conectado no terminal de saída do gerador síncrono.

[0021] De acordo com uma modalidade da presente invenção o controlador é adaptado para integrar um quadrado da corrente de enrolamento de estator e/ou da corrente de saída ao longo de uma certa faixa de tempo para obter um valor de integração, em que pelo menos um critério compreende o fato de que o valor de integração é maior do que um limite de integração, em que o funcionamento defeituoso é um estado de sobrecarga de uma carga conectada ao terminal de saída.

[0022] Em particular, o limite de integração pode ter como base as propriedades elétricas, em particular limites elétricos, de um ou mais componentes conectados aos terminais de saída. Desse modo, a sobrecarga de uma carga conectada (indiretamente ou diretamente) ao terminal de saída pode ser evitada.

[0023] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o controlador é adaptado para determinar uma diferença entre a corrente de enrolamento de estator e a corrente de saída para obter uma diferença de corrente, em que pelo menos um critério compreende o fato de que a diferença de corrente é maior do que um limite de diferença de corrente, em que o funcionamento defeituoso compreende um fun- cionamento defeituoso do gerador.

[0024] A diferença da corrente de enrolamento de estator e da cor rente de saída pode ser zero ou pelo menos aproximadamente zero para um enrolamento de estator intacto, mas pode se desviar de zero para um enrolamento de estator que não está operando de maneira correta. Desse modo, um funcionamento defeituoso ou uma falha do gerador podem ser detectados ao determinar a diferença e o gerador síncrono pode ser desativado, em particular em relação à saída de potência do mesmo, a fim de proteger outros componentes ou o próprio gerador síncrono de danos. Alternativamente, uma detecção de desequilíbrio de corrente para detectar correntes diferentes para fases diferentes poderia ser implantada.

[0025] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a quantidade é indicativa de uma temperatura de um circuito retificador, em particular um diodo, conectado no terminal de saída do enrolamento de estator, em que pelo menos um critério compreende o fato de que a temperatura é maior do que um limite de temperatura ou uma mudança da temperatura é maior do que um limite de mudança de temperatura.

[0026] Quando um circuito retificador, em particular que compre ende dois diodos conectados em série por fase dos terminais de saída (em que cada fase está conectada entre os dois diodos conectados em série) o gerador síncrono pode fornecer energia elétrica para um sistema de distribuição de potência CC. Em particular, o retificador pode bloquear uma corrente inversa de modo que pode ser o suficiente para desativar a corrente campo, a fim de interromper a corrente de saída de gerador.

[0027] Em particular, o limite de corrente de estator e/ou o limite de corrente de saída e/ou o limite de integração e/ou um limite superior de tensão de saída e/ou um limite de potência de tensão de saída e/ou uma temperatura podem ter como base as propriedades elétricas do diodo, em particular valores de limite elétrico do diodo.

[0028] Monitorar ou medir a temperatura do retificador pode forne cer uma indicação apropriada se o retificador está em uma condição operacional aceitável. Em particular, uma falha ou funcionamento defeituoso podem ser indicados por uma temperatura que substitui o limite de temperatura.

[0029] De acordo com uma modalidade da presente invenção a quantidade é indicativa de uma tensão de saída em um terminal de saída CA do enrolamento de estator, em que pelo menos um critério compreende o fato de que a tensão de saída é maior do que um limite superior de tensão de saída, em que o funcionamento defeituoso é uma condição de sobretensão no terminal de saída.

[0030] A sobretensão também pode prejudicar ou danificar um ou mais componentes conectados aos terminais de saída e ao desativar a saída do gerador síncrono esses componentes podem ser protegidos.

[0031] De acordo com uma modalidade da presente invenção a quantidade é indicativa de uma tensão de saída em um terminal de saída CA do enrolamento de estator, em que pelo menos um critério compreende o fato de que a tensão de saída é menor do que um limite inferior de tensão de saída, em que o funcionamento defeituoso é uma condição de subtensão no terminal de saída.

[0032] Uma subtensão pode prejudicar a funcionalidade de um sis tema de distribuição de energia conectado diretamente ou indiretamente com os terminais de saída do gerador síncrono. Ao detectar o defeito de subtensão do sistema de distribuição de potência CC o mesmo pode ser evitado ou pelo menos reduzido.

[0033] De acordo com uma modalidade da presente invenção a quantidade é indicativa de uma frequência de saída de uma tensão de saída ou corrente de saída no terminal de saída CA do enrolamento de estator, em que pelo menos um critério compreende o fato de que a frequência de saída se desvia mais do que um limite de desvio de frequência de uma frequência desejada, em que o funcionamento defeituoso é uma frequência errada no terminal de saída.

[0034] A frequência da tensão e/ou corrente no terminal de saída do gerador síncrono pode corresponder ou ser igual (pelo menos aproximadamente) a frequência de giro do rotor que gira em relação ao estator. No entanto, se a frequência de giro for muito baixa ou muito alta o motor de combustão de acionamento, como um motor a diesel, pode não operar em uma condição de trabalho ideal. No caso de um desvio da frequência da frequência desejada ser detectado, o motor de combustão que aciona mecanicamente o gerador síncrono pode ser controlado a fim de reestabelecer a frequência desejada.

[0035] De acordo com uma modalidade da presente invenção é fornecido um sistema de gerador que compreende um arranjo de acordo com uma das modalidades anteriores, o gerador síncrono que tem o estator que compreende pelo menos um enrolamento de estator e que tem o rotor com o eletroímã acionado pela corrente campo, o rotor é girável em relação ao estator, o eletroímã é acoplado indutivamente ao enrolamento de estator e um sistema para fornecer a corrente campo, em que o controlador é adaptado para fazer com que a corrente campo seja desativada ao suprir um sinal de controle para o sistema para fornecer a corrente campo.

[0036] O sistema para fornecer a corrente campo pode ser confi gurado em diferentes maneiras. Em particular, a corrente campo pode ser fornecida para o eletroímã por contato elétrico direto entre uma fonte de energia e uma bobina do eletroímã, ou pode ser fornecida para o eletroímã do rotor por acoplamento indutivo, o que desse modo evita contatos mecânicos entre partes giratórias e partes estáticas. O controlador pode estar comunicativamente conectado ao sistema para fornecer a corrente campo de uma maneira elétrica, óptica ou usar uma comunicação de frequência de rádio.

[0037] O sistema para fornecer a corrente campo pode ser suprido com energia elétrica também do terminal de saída do gerador síncrono. Desse modo, um suprimento de energia separado pode ser interrompido. O sistema de gerador pode em particular fornecer energia elétrica para um sistema de distribuição de potência CC.

[0038] Uma vez que o sistema de gerador compreende o arranjo para controlar os componentes do gerador síncrono do gerador síncrono e os componentes conectados aos terminais de saída do gerador síncrono podem ser protegidos de dano como é explicado acima.

[0039] De acordo com uma modalidade da presente invenção o sistema para fornecer a corrente campo compreende um anel coletor acoplado mecanicamente ao rotor e acoplado eletricamente ao eletro- ímã e uma escova em contato com o anel coletor, em que desativar a corrente campo compreende interromper o fluxo de corrente suprido para a escova.

[0040] A escova ou as escovas podem entrar em contato eletrica mente com o anel coletor. Desse modo, uma conexão mecânica entre a escova e o anel coletor pode ser estabelecida. Deste modo, quando a escova entra em contato eletricamente com o anel coletor uma corrente fornecida para a escova pode fluir através do anel coletor e através do eletroímã do rotor, sobre o qual um campo magnético é gerado que então em turno induz uma tensão elétrica nos enrolamentos de estator do estator.

[0041] De acordo com uma modalidade da presente invenção o sistema para fornecer a corrente campo compreende (em vez do anel coletor e da escova) uma bobina giratória acoplada mecanicamente ao rotor; um retificador girável acoplado mecanicamente ao rotor e acoplado eletricamente à bobina giratória e que fornece a corrente campo para o eletroímã do rotor; um eletroímã de estator acoplado indutivamente à bobina giratória e um sistema de abastecimento de eletroímã de estator para suprir uma tensão de excitação para o eletroímã de estator, em que desativar a corrente campo compreende interromper a tensão de excitação para o eletroímã de estator.

[0042] Após o giro da bobina giratória (conectada ao rotor) o ele- troímã de estator induz uma tensão na bobina giratória, o que desse modo estabelece um sinal CA que é retificado através do uso do retifi- cador girável e é então suprido como uma corrente campo CC para o eletroímã do rotor.

[0043] O eletroímã de estator é acionado por um sistema de abas tecimento de eletroímã de estator. Interromper a tensão de excitação para o eletroímã de estator pode fazer com que a corrente campo seja desativada, uma vez que o eletroímã de estator não vai gerar nenhum campo magnético, quando a tensão de excitação for interrompida. Desse modo, a corrente de saída do gerador síncrono pode ser desativada de maneira confiável e simples sem exigir um comutador particular em um terminal de saída do gerador.

[0044] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o sistema de abastecimento de eletroímã de estator compreende pelo menos um comutador controlável, em particular um transistor bipolar de porta isolada (IGBT), acionado por um circuito de acionamento de porta, em que desativar a corrente campo compreende suprir um sinal de desativação para o acionador de porta. O sistema de abastecimento de eletroímã de estator pode em particular compreender quatro comutadores controláveis, em que dois pares de comutadores controláveis conectados em série estão conectados entre dois barramentos CC e em que a tensão de excitação para o eletroímã de estator é explorada em uma conexão entre os dois comutadores controláveis em cada par.

[0045] O sinal de desativação pode fazer com que os comutadores controláveis adaptem um estado de não condução. Desse modo, a corrente de saída de gerador pode ser facilmente desativada.

[0046] De acordo com uma modalidade da presente invenção o sistema de gerador compreende adicionalmente um comutador de interrupção de emergência entre pelo menos um comutador controlável e o eletroímã de estator. O comutador de interrupção de emergência também pode ser controlado pelo controlador do arranjo para controlar o gerador síncrono.

[0047] De acordo com uma modalidade da presente invenção o sistema de gerador compreende adicionalmente um retificador de gerador conectado ao terminal de saída CA, em particular aos três terminais de saída CA, o retificador que compreende em particular um diodo e um sensor de temperatura para medir a temperatura do diodo, em que em particular o retificador é a única carga conectada ao terminal de saída do gerador.

[0048] O retificador de gerador pode compreender seis diodos, em que três pares de diodos são dispostos em paralelo e em que entre os dois diodos cada par um terminal de saída do enrolamento de estator está conectado. Desse modo, o sistema de gerador pode ser configurado ou estabelecer um sistema de distribuição de potência CC. O reti- ficador de gerador bloqueia vantajosamente a corrente inversa.

[0049] De acordo com uma modalidade da presente invenção o gerador pode compreender conjuntos de enrolamento separados e tem um retificador respectivo conectado a cada um dos conjuntos de enrolamento separados.

[0050] Adicionalmente em particular, o retificador de gerador pode compreender um comutador de isolamento a jusante dos diodos. Devido aos diodos nenhuma corrente pode fluir de volta do terminal de saída CC do gerador para o gerador síncrono.

[0051] De acordo com uma modalidade da presente invenção é fornecido um sistema de energia, em particular um sistema de energia de embarcação ou sistema elétrico autossuficiente (autárquico), sistema de perfuração ou malha industrial, que compreende um motor de combustão para fornecer energia mecânica; um sistema de gerador de acordo com uma das modalidades descritas acima e disposto para converter a energia mecânica em energia elétrica e um sistema de distribuição CC acoplado ao terminal de saída CC do retificador de gerador para distribuir a energia elétrica, em particular para pelo menos um motor de propulsão.

[0052] O motor de combustão pode em particular compreender um motor a diesel. O sistema de gerador compreende o retificador de gerador e deste modo converte a energia mecânica fornecida pelo motor de combustão em um fluxo de energia CC. O sistema de distribuição CC pode fornecer a energia elétrica na forma de um fluxo de energia CC para um ou mais acionadores de velocidade variável para acionar um ou mais motores de propulsão. A embarcação pode, por exemplo, ser um navio, uma plataforma, em particular uma plataforma de óleo.

[0053] Os aspectos definidos acima e os aspectos adicionais da presente invenção são aparentes dos exemplos da modalidade a ser descrita doravante e são explicados com referência aos exemplos da modalidade. A invenção será descrita com mais detalhes doravante com referência a exemplos de modalidade, mas aos quais a invenção não é limitada.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0054] As seguintes modalidades particulares da presente inven ção são descritas com referência às Figuras anexas.

[0055] The invenção não é limitado às modalidades descritas ou explicadas ou ilustradas.

[0056] A Figura 1 ilustra esquematicamente um sistema de energia de embarcação de acordo com uma modalidade da presente invenção, em que o sistema de energia de embarcação compreende um sistema de gerador de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[0057] A Figura 2 ilustra esquematicamente o sistema de gerador de acordo com uma modalidade da presente invenção, que é compreendida pelo sistema de energia de embarcação ilustrado na Figura 1; e

[0058] A Figura 3 ilustra um gráfico que explica uma funcionalida de de um arranjo para controlar um gerador síncrono de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0059] A Figura 1 ilustra esquematicamente um sistema de energia de embarcação 100 de acordo com uma modalidade da presente invenção que inclui um sistema de gerador 101 de acordo com uma modalidade da presente invenção que compreende um arranjo 103 para controlar um gerador síncrono 105 de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0060] O sistema de energia de embarcação 100 compreende um motor à diesel 107 que está conectado mecanicamente ao sistema de gerador 101, em particular ao gerador síncrono 105 compreendido no sistema de gerador 101. O sistema de gerador 101 compreende adicionalmente um cubículo de gerador 109 que é conectado em um terminal de saída 111 do gerador 105 que fornece fluxo de energia CA 119 a fim de gerar em um terminal de saída 113 do cubículo de gerador um fluxo de energia CC 121 do fluxo de energia CA 119 fornecido no terminal de saída CA 111 do gerador 105. Em particular, embora não ilustrado, o gerador 105 compreende três terminais de saída 111 que fornecem três fases deslocadas em 120° em relação uma a outra.

[0061] O cubículo de gerador 109 compreende um arranjo 103 pa ra controlar o gerador síncrono 105, um circuito retificador (também referido como retificador de gerador) 115 e um comutador de isolamento 117. O retificador de gerador 115 gera do fluxo de energia CA 119 fornecido pelo gerador 105 um fluxo de energia CC 121 que é fornecido para um sistema de distribuição de potência CC 123.

[0062] O sistema de distribuição de potência CC 123 pode forne cer energia elétrica para um ou mais motores de propulsão, por exemplo, em um embarcação, um navio ou uma plataforma no mar.

[0063] A Figura 2 ilustra esquematicamente o sistema de gerador 101 ilustrado na Figura 1 com mais detalhes.

[0064] O sistema de gerador 101 compreende o gerador 105, o circuito retificador 115, um sistema 125 para fornecer uma corrente campo 127 e um arranjo ou controlador 103 para controlar o gerador síncrono 105.

[0065] O gerador 105 tem um estator 129 que compreende pelo menos um enrolamento de estator 131, em que no caso particular três enrolamentos de estator 131 são ilustrados fornecendo três terminais de saída 133 do gerador 105 para três fases elétricas. Os enrolamentos de estator 131 são estabelecidos por fios respectivos 135. O gerador 105 tem um rotor 137 com um eletroímã 139 que é acionado pela corrente campo 127. Desse modo, o rotor 137 é girável em relação ao estator 129.

[0066] O sistema 125 para fornecer a corrente campo 127 com preende uma bobina giratória 141 que é acoplada mecanicamente ao rotor 137, um retificador girável 143 que é acoplado mecanicamente ao rotor 137 e acoplado eletricamente à bobina giratória 141 e que fornece a corrente campo 127 para o eletroímã 139 do rotor 137. Adicionalmente, o sistema 125 para fornecer a corrente campo 127 compreende um eletroímã de estator 145 que é acoplado indutivamente à bobina giratória 141. Adicionalmente, o sistema 125 para fornecer a corrente campo 127 compreende um sistema de abastecimento de eletro- ímã de estator 147 para suprir uma tensão de excitação de um terminal de saída 149 do mesmo para o eletroímã de estator 145. Desse modo, o sistema de suprimento eletromagnético do estator 147 é suprido com energia elétrica através de terminais de entrada 151 que estão conectados através de um transformador 153 para os três terminais de saída 133 do gerador 105.

[0067] O sistema de abastecimento de eletroímã de estator 147 compreende quatro transistores bipolares de porta isolada 155 que são acionados por um circuito de acionamento de porta 157 que recebe sinais de controle através de linhas de sinal 159 do arranjo ou controlador 103 para controlar o gerador síncrono 105.

[0068] O sistema de gerador 101 compreende adicionalmente um comutador de interrupção de emergência 161 entre os terminais de saída 149 do sistema de abastecimento de eletroímã de estator 147 e do eletroímã de estator 145 para desativar uma tensão de suprimento.

[0069] O circuito de retificador de gerador 115 compreende seis diodos 163 que são dispostos como três pares de diodos conectados em série entre dois terminais de saída CC 180 do sistema de gerador 101. Os terminais de saída de três fases 133 do gerador síncrono 105 estão conectados entre dois diodos 163 cada par de diodos do circuito de retificador de gerador 115.

[0070] O sistema de gerador 101 está configurado e disposto para proteger os diodos 163 de dano, em particular no caso de um evento de curto-circuito causado por alguma carga defeituosa conectada aos terminais de saída CC 180, por exemplo.

[0071] Portanto, o arranjo 103 adquire através do uso de um sis tema de medição não ilustrado, pelo menos uma quantidade, como uma corrente de estator 167, uma corrente de saída 165 e/ou uma tensão de saída 168 com relação à saída do gerador 105. Adicionalmente, o arranjo 103 pode receber um sinal de temperatura 169 (do sensor de temperatura 170) que indica a temperatura de um ou mais dos diodos 163 do circuito de retificador de gerador 115. Adicional- mente, o arranjo 103 recebe os valores de medição 171 que indicam a tensão CC entre os terminais de saída CC 180. Adicionalmente, o arranjo 103 recebe um ou mais sinais de controle de outros controladores, como os sinais 173. Adicionalmente, o arranjo 103 pode ser controlado por uma interface humana 175.

[0072] Em particular, o arranjo 103 (que também pode ser referido como módulo de controle de gerador, interface de comunicação profi- net, medição de frequência, corrente e tensão de 30 Hz a 120 Hz de controle de arranjos domésticos) é adaptado para desativar a corrente campo 127 no caso de um funcionamento defeituoso do gerador ou de qualquer componente conectado diretamente ou indiretamente nos terminais de saída 133 do gerador 105.

[0073] Portanto, o controlador 103 ou o arranjo que inclui o contro lador 103 e o sistema de medição para fornecer o sinal de medição de corrente, é adaptado para fazer com que a corrente campo seja desativada 127, se pelo menos uma das quantidades recebidas satisfizer pelo menos um critério associado com pelo menos um funcionamento defeituoso.

[0074] Em particular, a Figura 3 ilustra um gráfico que explica uma função de proteção do controlador 103 compreendido no sistema de gerador 101 ilustrado na Figura 2. Em uma abscissa 301 o tempo em segundos é indicado, enquanto em uma ordenada 302 a corrente de diodo 177 que flui através do diodo 163 do circuito de retificador de gerador 115 é indicada em amperes.

[0075] A curva 303 indica o limite de corrente de diodo dos diodos 163. A curva 305 ilustra a corrente de diodo real 177 que flui através do diodo 163 após um curto-circuito no barramento CC 180 e após o controlador 103 fazer com que a corrente campo 127 fosse desativada 30 ms após o aparecimento do curto-circuito. Antes do aparecimento do curto-circuito, o gerador 105 funcionava em uma frequência de 62,5 Hz e condições nominais. Como pode ser visto da Figura 3 a corrente real (curva 305) se situa bem abaixo do limite da corrente (curva 303) de tal modo que os diodos 163 do retificador de gerador 115 são protegidos de danos.

[0076] Em particular, o controlador 103 pode adquirir valores de medição relacionados ao estator, assim como o mesmo pode adquirir três medições de corrente de fase, três medições de tensão de fase, três medições de corrente de ponto mútuo de fase e medição de frequência de saída.

[0077] Adicionalmente, o controlador 103 pode adquirir valores que estão relacionados ao circuito retificador 115, tais como valores de medição CC, temperaturas de ponto de diodo, tais como os sinais 169 e 171.

[0078] Adicionalmente, o controlador 103 pode adquirir valores de medição relacionados ao circuito de magnetização 145, 147, em particular a corrente de circuito de magnetização externa, a tensão de circuito de magnetização externa, tais como os sinais 177.

[0079] O sistema de gerador 101 é adaptado para proteger de cur to-circuito, sobretensão, subtensão, proteção carga desequilibrada, proteção de corrente diferencial, sobre-excitação, subexcitação e corrente sobre tempo inverso (condição de sobrecarga). Adicionalmente, o sistema de gerador 101 é adaptado para monitorar frequência, excesso de velocidade, temperatura e histórico de falhas.

[0080] Deve-se observar que o tempo "compreende" não exclui outros elementos e etapas e "um" ou "um (1)" não exclui uma pluralidade. Além disso, os elementos descritos em associação com diferentes modalidades podem ser combinados. Deve-se observar também que sinais de referência nas concretizações não devem ser interpretados como limitadores do escopo das concretizações.

Claims

1. Arranjo (103) para controlar um gerador síncrono (105) possuindo um estator (129) compreendendo pelo menos um enrolamento de estator (131) e que tem um rotor (137) com um eletroímã (139) acionado por uma corrente campo (127), o rotor (137) é girável em relação ao estator (129), o eletroímã (139) é acoplado indutivamente ao enrolamento de estator (131), o arranjo (103) compreendendo um sistema de medição adaptado para medir pelo menos uma quantidade (167, 165, 168, 169, 171); um controlador adaptado para fazer com que a corrente campo (127) seja desativada, se a quantidade satisfizer pelo menos um critério associado com pelo menos um funcionamento defeituoso, sendo que pelo menos uma quantidade (167, 165, 168, 169,171) inclui pelo menos uma quantidade (169, 171) indicativa de uma condição operacional de um circuito retificador (115) conectado ao terminal de saída (133) do enrolamento de estator (131), caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma quantidade (167, 165, 168, 169,171) inclui adicionalmente uma corrente de estator (167) e uma corrente de saída (165) medida para o enrolamento de estator (131) para obter uma diferença de corrente para fornecer proteção de corrente diferencial para o enrolamento de estator (131).

2. Arranjo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quantidade é indicativa de uma temperatura (169) do circuito retificador (115) conectado no terminal de saída (133) do enrolamento de estator (131), sendo que o pelo menos um critério indica o fato de que a temperatura é maior do que um limite de temperatura, ou sendo que a quantidade é indicativa de uma tensão CC (171) entre terminais de saída CC (180) do circuito retificador (115).

3. Arranjo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma quantidade (167, 165, 168, 169, 171) inclui adicionalmente uma quantidade indicativa de uma condição operacional de um circuito de magnetização (145, 147), em particular uma corrente de circuito de magnetização e/ou uma tensão de circuito de magnetização.

4. Arranjo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a quantidade é indicativa de uma corrente de enrolamento de estator (167) e/ou sendo que a quantidade é indicativa de uma corrente de saída (165) em um terminal de saída CA (133) do enrolamento de estator (131), sendo que o pelo menos um critério indica o fato de que a corrente de estator esteja acima de um limite de corrente de estator e/ou que a corrente de saída (177) esteja acima de um limite de corrente de saída (303), sendo que o funcionamento defeituoso é um estado de curto-circuito de uma carga conectada ao terminal de saída.

5. Arranjo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o controlador é adaptado para integrar um quadrado da corrente de enrolamento de estator e/ou da corrente de saída (177) ao longo de uma certa faixa de tempo para obter um valor de integração, sendo que o pelo menos um critério compreende o fato de que o valor de integração é maior do que um limite de integração, sendo que o funcionamento defeituoso é um estado de sobrecarga de uma carga conectada ao terminal de saída.

6. Arranjo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o controlador é adaptado para determinar uma diferença entre a corrente de enrolamento de estator (167) e a corrente de saída (165) para obter uma diferença de corren- te, sendo que o pelo menos um critério compreende o fato de que a diferença de corrente é maior do que um limite de diferença de corrente, sendo que o funcionamento defeituoso compreende um funcionamento defeituoso do gerador e/ou uma diferença ou diferenças entre fluxo de corrente de fases diferentes da corrente de enrolamento de estator e/ou da corrente de saída para obter uma diferença de corrente associada com fase, sendo que o pelo menos um critério indica o fato de que a diferença de corrente associada com fase é maior do que um limite de diferença de corrente associada com fase, sendo que o funcionamento defeituoso indica um funcionamento defeituoso do gerador.

7. Arranjo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o controlador é adaptado para determinar uma diferença entre a corrente de enrolamento de estator (167) e a corrente de saída (165) para obter uma diferença de corrente, sendo que a corrente de enrolamento de estator é medida em uma ou mais posições no enrolamento do estator e/ou a corrente de saída é medida em uma ou mais posições próximas ou no terminal de saída.

8. Arranjo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a quantidade é indicativa de uma temperatura (169) de um diodo (163) do circuito retificador (115), sendo que o pelo menos um critério indica o fato de que uma mudança da temperatura é maior do que um limite de mudança de temperatura.

9. Arranjo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a quantidade é indicativa de uma tensão de saída (168) em um terminal de saída CA do enrolamento de estator (131), sendo que o pelo menos um critério indica o fato de que a tensão de saída é maior do que um limite superior de tensão de saída, sendo que o funcionamento defeituoso é uma condição de sobretensão no terminal de saída.

10. Arranjo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a quantidade é indicativa de uma tensão de saída (168) em um terminal de saída CA (133) do enrolamento de estator (131), sendo que o pelo menos um critério indica o fato de que a tensão de saída é menor do que um limite inferior de tensão de saída, sendo que o funcionamento defeituoso é uma condição de subtensão no terminal de saída.

11. Arranjo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a quantidade é indicativa de uma frequência de saída (168) de uma tensão de saída ou corrente de saída em um terminal de saída CA do enrolamento de estator, sendo que o pelo menos um critério indica o fato de que a frequência de saída se desvia mais do que um limite de desvio de frequência de uma frequência desejada, sendo que o funcionamento defeituoso é uma frequência errada no terminal de saída.

12. Sistema gerador (101) caracterizado pelo fato de que compreende um arranjo (103), como definido em qualquer uma das rei-vindicações anteriores; o gerador síncrono (105) que tem o estator (129) compreende o pelo menos um enrolamento de estator (131) e que tem o rotor (137) com o eletroímã (139) acionado pela corrente campo (127), o rotor é girável em relação ao estator, o eletroímã (139) é acoplado indutivamente ao enrolamento de estator (131); e um sistema (125) para fornecer a corrente campo (127), sendo que o controlador é adaptado para fazer com que a corrente campo (127) seja desativada ao suprir um sinal de controle (159) para o sistema (125) para fornecer a corrente campo (127).

13. Sistema gerador de acordo com a reivindicação 12, ca- racterizado pelo fato de que o sistema (125) para fornecer a corrente campo compreende um anel coletor acoplado mecanicamente ao rotor e acoplado eletricamente ao eletroímã e uma escova em contato com o anel coletor, sendo que desativar a corrente campo compreende interromper o fluxo de corrente suprido para a escova.

14. Sistema gerador de acordo com a reivindicação 12, ca-racterizado pelo fato de que o sistema (125) para fornecer a corrente campo (127) compreende uma bobina giratória (141) acoplada mecanicamente ao rotor (137); um retificador girável (143) acoplado mecanicamente ao rotor (137) e acoplado eletricamente à bobina giratória (141) e que fornece a corrente campo (127) para o eletroímã (139) do rotor (137); um eletroímã de estator (145) acoplado indutivamente à bobina giratória (141); um sistema de abastecimento de eletroímã de estator (147) para suprir uma tensão de excitação para o eletroímã de estator (145), sendo que desativar a corrente campo (127) compreende interromper a tensão de excitação para o eletroímã de estator.

15. Sistema gerador de acordo com a reivindicação 14, ca-racterizado pelo fato de que o sistema de abastecimento de eletroímã de estator (147) compreende pelo menos um comutador controlável (155), em particular um transistor bipolar de porta isolada, acionado por um circuito de acionamento de porta (157), sendo que desativar a corrente campo (127) compreende suprir um sinal de desativação (159) para o acionador de porta (157).

16. Sistema gerador de acordo com a reivindicação 15, ca-racterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um comutador de interrupção de emergência (161) entre o pelo menos um comutador controlável (155) e o eletroímã de estator (145).

17. Sistema gerador de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 12 a 16, caracterizado pelo fato de que compreende adici-onalmente um retificador de gerador (115) conectado ao terminal de saída CA (133), em particular três terminais de saída CA, o retificador que compreende em particular um diodo (163) e um sensor de temperatura (170) para medir a temperatura (169) do diodo (163), sendo que em particular o retificador é a única carga conectada ao terminal de saída (133) do gerador (105).

18. Sistema de energia, em particular sistema de energia de embarcação (100), caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de gerador (101), como definido em qualquer uma das reivindicações 11 a 16, disposto para converter energia mecânica fornecida por um motor de combustão (107) em energia elétrica; um sistema de distribuição CC (123) acoplado ao terminal de saída CC (180) do circuito retificador (115) para distribuir a energia elétrica, em particular para pelo menos um motor de propulsão.