BRPI0214246B1 - unidade de controle para controlar uma carga de corrente contínua - Google Patents
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Abstract
"unidade de controle para controlar uma carga de corrente contínua". expõe-se uma unidade de controle para controlar uma carga de corrente contínua (m1), a dita unidade de controle compreendendo uma ponte de corrente contínua /corrente contínua (b1) proporcionada com interruptores semicondutores controláveis (ut, ub, vt, vb, wt, wb) e tendo duas seções de ponte (b11, b12), uma das quais conduz corrente contínua enquanto a outra (b11) é controlada por meio de pwm para regular a magnitude de corrente. a seção de ponte controlada por meio de pwm consiste de dois braços de ponte (b111, b112), e os interruptores semicondutores (ut, ub, vt, vb) nestes braços de ponte são ligados alternadamente.
Description
UNIDADE DE CONTROLE PARA CONTROLAR UMA. CARGA DE CORRENTE CONTINUA
Refere-se a presente invenção a uma unidade de controle para controlar uma carga de corrente continua, a dita unidade de controle compreendendo uma ponte de corrente continua /corrente continua proporcionada com interruptores semicondutores controláveis, sendo a dita ponte dotada de duas seções de ponte, onde uma das seções de ponte conduz corrente continua, enquanto a outra é controlada por meio de PWM para regular a magnitude de corrente.
Os acionamentos por motor de elevadores podem ser acionamentos de motor sejam eles de corrente alternada ou de corrente continua. Os acionamentos podem ser controlados, por exemplo, por meio de PWM (Modulado r de Amplitude de Pulso). Atualmente, os acionamentos por motor de corrente alternada são amplamente comuns, especialmente por causa da construção simples dos motores de corrente alternada. Entretanto, acionamentos por motor de corrente continua ainda se encontram em uso. Nem sempre é apropriado substituir-se um acionamento por motor de corrente continua com um acionamento por motor de corrente continua, porque, por e-xemplo, acionamentos por motor de corrente continua são diretamente montados e os motores de corrente continua usados nos mesmos são duráveis e, consequentemente, é desnecessário substitui-los com acionamentos por motor de corrente alternada. Além disso, a substituição do motor implica em custos relativamente elevados.
Uma vez que a tendência geral é no sentido de acionamentos por motor de corrente alternada, é dificilmente racional desenvolver especificamente sistemas eletrônicos de força para o uso no controle de a-cionamentos por corrente continua. Além disso, os componentes semicondutores, tais como os IGBT, utilizados nos acionamentos por corrente alternada tornam-se, o tempo todo, cada vez mais eficientes e econômicos. Por outro lado, é de se esperar que regulamentações especialmente novas referentes a harmônicos de rede possam alterar a situação no futuro, de maneira que o uso das pontes de tiristores tradicionais que são utilizadas em acionamentos por corrente continua tornar-se-ão mais difíceis. O objetivo da invenção é o de eliminar os inconvenientes da tecnologia da técnica anterior e conseguir um novo tipo de unidade de controle controlada por PWM, para controlar uma carga de corrente contínua, tal como um motor de corrente contínua. A solução da invenção é baseada em um novo princípio de topologia de eletrônica de força, em que é possível utilizar-se a tecnologia dos acionamentos por corrente alternada no controle de motores de corrente contínua. Na solução da invenção, uma seção de ponte controlada por PWM consiste de dois braços de ponte, e os interruptores semicondutores dos braços de ponte são comutados alternada-mente para o estado condutor.
As concretizações preferidas da solução da invenção encontram-se expostas nas reivindicações mais adiante.
Pela utilização da tecnologia da invenção, é possível manufaturarem-se acionamentos por motores de corrente contínua controlados por PWM modernos e econômicos, por exemplo, para aplicações em elevadores. Por meio da aplicação da invenção, a tecnologia eletrônica de força e os componentes de acionamentos por corrente alternada que são manufaturados em série de ampla produção podem ser utilizados em acionamentos por corrente contínua. Os trilhos condutores e outras estruturas do estágio de força podem ser idênticos àqueles utilizados nos acionamentos por corrente alternada. Além disso, o uso de interruptores semicondutores, tais como as IGBT, pode ser otimizado mesmo em aplicações de corrente contínua. E, com particularidade, são conseguidas economias de custos no desenvolvimento e métodos de produção, uma vez que os mesmos métodos podem ser utilizados tanto nos acionamentos por corrente alternada, quanto por corrente contínua.
Em seguida, a invenção será descrita de forma detalhada com o auxilio de um exemplo com referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 representa uma ponte de corrente contínua da técnica anterior. A Figura 2 representa a ponte de rede de um acionamento por corrente alternada. A Figura 3 representa um acionamento por corrente continua de acordo com a invenção, que compreende uma ponte de corrente continua /corrente continua de acordo com a invenção. A Figura 4 representa um diagrama de sincronização para uma ponte de corrente continua /corrente continua de acordo com a invenção; e A Figura 5 ilustra o planejamento e refrigeração dos interruptores semicondutores da ponte de corrente continua /corrente continua da invenção. A Figura 1 representa uma ponte H controlada por PWM da técnica anterior H1 de um acionamento por motor de corrente continua destinado, por exemplo, a uma aplicação em elevadores. A ponte consiste de dois braços de ponte Hll e H12 que estão conectados a uma fonte de corrente continua UDC, com cada braço contendo interruptores semicondutores controláveis Sll -S14 para os pólos positivo e negativo, que consiste, por exemplo, de uma conexão em paralelo inversa de um transistor IGBT e um diodo. A ponte alimenta uma carga de corrente continua Ll, tal como o motor de corrente continua de um elevador. A Figura 2 representa correspondentemente uma ponte de rede Al conforme utilizada em um acionamento por corrente alternada trifásica da técnica anterior, para retificar a tensão alternada da rede UAC em uma UDC de tensão continua, e uma unidade indutora de corrente alternada PI conectada na frente dela. A pon- te tem nos seus braços superior e inferior interruptores semicondutores controláveis S21 - S26, os quais são conectados a cada fase de rede e que também podem consistir, por exemplo, de uma conexão em paralelo inversa de um transistor IGBT e um diodo.
Em principio, o acionamento por motor elétrico da invenção é como um acionamento por corrente alternada trifásica da técnica anterior que compreende um conversor de rede (ponte retificadora), uma ponte de motor e indutores. A presente invenção relaciona-se expressamente com a ponte de corrente continua /corrente continua que alimenta o motor. A ponte de rede e os indutores podem ser, por exemplo, tais como representados na Figura 2. De acordo com a invenção, podem utilizar-se o mesmo tipo de interruptores semicondutores controláveis tanto na ponte retificadora quanto na ponte do motor. A Figura 3 representa uma ponte de corrente contínua /corrente contínua BI de acordo com a invenção, que é usada para alimentar um motor de corrente continua Ml, sendo que uma Ide de corrente continua flui no motor. A ponte é controlada por uma unidade de controle BC1. A magnetização do motor é conseguida u-tilizando-se uma unidade de magnetização MA1 separada, a qual é controlada de maneira por si conhecida. A ponte de corrente contínua /corrente contínua ilustrada na Figura 3 compreende duas seções de ponte Bll, B12. A primeira seção de ponte na ponte de acordo com a Figura 3 compreende dois braços Blll e B112, cada um deles contendo interruptores semicondutores controláveis UT, UB, VT, VB para o pólo positivo e para o pólo negativo. A segunda seção de ponte BI2 consiste de um único braço com interruptores semicondutores controláveis WT e WB para os pólos positivo e negativo. Desta forma, a ponte, como um todo, é dotada de três braços, correspondentes a uma ponte de corrente continua /corrente alternada trifásica. A modulação da ponte de corrente continua /corrente continua da invenção é realizada como se segue: 0 acionamento por corrente continua controlada por PWM da invenção pode utilizar a mesma espécie de interruptores semicondutores para controle de PWM que são usados em acionamento por corrente alternada. Em vez de corrente alternada, é usada uma freqüência zero (campo não rotativo). No acionamento por corrente continua da invenção, nem todos os interruptores semicondutores têm de comutar um sinal de controle de PWM de alta freqüência, tipicamente de uma freqüência de uns poucos kHz; dois dos interruptores, WT e WB, podem ser usados para selecionar a direção de torque (para ci-ma/para baixo), e os interruptores em questão conduzem corrente continua pura. Os interruptores UT, UB, VT, VB usados para controle de PWM são ligados/desligados sob uma freqüência de uns poucos kHz para controlarem a magnitude da Icd de corrente (o torque). A maior dissipação de força ocorre nos in- terruptores usados para controle de PWM. No método de controle da invenção, os interruptores usados para controle de PWM são virados para condução alternativamente em diferentes braços, de forma que os interruptores em questão são apenas operados durante cerca de 50% ou menos do tempo de condução normal. Esta ação está visualizada no diagrama de sincronização da Figura 4, que representa os tempos de condução dos interruptores UT, VT e WT, bem como os tempos de condução dos interruptores UB e diodos VB.
Sob um ponto de vista térmico, a invenção proporciona a vantagem de que o estágio de força de um acionamento por corrente alternada pode ser plenamente utilizado em um acionamento por corrente continua. A dissipação térmica nos IGBT usados no circuito é tipicamente o dobro da dissipação nos interruptores que não são usados no controle de PWM. Portanto, de acordo com a invenção, os interruptores UT, VT e WT são apenas mantidos em condução durante no máximo 50% do tempo de uma maneira cíclica. O período de condução varia de acordo com a tensão (corrente) requerida.
Na prática, os interruptores de corrente contínua são dotados de dissipação mais alta porque as perdas de corrente contínua são levemente maiores do que as perdas por comutação de PWM. Conseqüentemente, os interruptores WT e WB são colocados no lado de entrada de ar do segmento de refrigeração COOL1 (Figura 5) porque ele é mais frio do que a parte mediana do segmento ou lado de saída de ar, tal como indicado pela curva de temperatura TEMP.
Será óbvio para a pessoa versada na técnica que diferentes concretizações da invenção não ficarão limitadas aos exemplos que foram descritos anteriormente, mas que elas poderão ser variadas dentro do escopo das reivindicações apresentadas adiante. Além do IGBT, os interruptores usados também poderão consistir de outros componentes plenamente controlados por porta. Além de um motor de corrente contínua, a carga também poderá consistir, por exemplo, de um ímã de fre-nagem de um elevador. A disposição da invenção pode ser usada em uma ampla gama de acionamentos elétricos. Pela aplicação do princípio operacional da invenção, será possível cobrir a gama de força para os acionamentos de elevadores por corrente contínua mediante a utilização da tecnologia de IGBT mais recente. Módulos de acionamento por corrente alternada e corrente contínua poderão ser montados na mesma linha de produção, e a aplicação poderá ser selecionada principalmente por meio de controle de software.
Claims (5)
1 - Unidade de controle para controlar uma carga de corrente continua (Ml), a dita unidade de controle compreendendo uma ponte de corrente continua /corrente continua (Bl) proporcionada com interruptores semicondutores controláveis (UT, UB, VT, VB, WT, WB) , sendo a dita ponte dotada de duas seções de ponte (Bll, B12), uma seção de ponte (B12) das quais conduz corrente continua enquanto a outra (Bll) é controlada por meio de PWM para regular a magnitude de corrente, caracterizada pelo fato de que a seção de ponte controlada por meio de PWM consiste de dois braços de ponte (Blll, B112), braços de ponte esses em que os interruptores semicondutores (UT, UB, VT, VB) são controlados de forma que eles conduzem alternadamente.
2 - Unidade de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os interruptores semicondutores usados para controle de PWM são controlados de forma tal que eles conduzem substancialmente durante um máximo de 50% do tempo de condução da seção de ponte (Bll).
3 - Unidade de controle de acordo com a reivindicação 1, em que os interruptores semicondutores ficam montados em uma base de refrigeração (COOL1) à qual é alimentado um meio de refrigeração, tal como ar, caracterizada pelo fato de que os interruptores semicondutores (WT, WB) da seção de ponte que conduz corrente continua ficam dispostos no meio do lado de en- trada.
4 - Unidade de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a carga de corrente continua é um motor de corrente continua.
5 - Unidade de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a carga de corrente continua é um imã de frenagem de um elevador .
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