BRPI0504857B1 - fonte de energia ininterrompível e método para testar um meio de isolamento seletivo utilizado em uma fonte de energia ininterrompível - Google Patents
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Abstract
"teste de integridade de meio de isolamento em um suprimento de energia ininterrompível". a invenção refere-se a um suprimento de energia ininterrompível (10) em que o meio de isolamento (14<39>) é automaticamente testado durante a operação normal para assegurar que este seja capaz de efetivamente isolar a entrada de um suprimento de energia auxiliar (16) durante uma operação de emergência. o suprimento de energia ininterrompível (10) compreende uma entrada para acoplar a um suprimento de energia de linha (1), uma saída para conexão a uma carga elétrica (2), um suprimento de energia auxiliar (16) e um meio de isolamento seletivo (14<39>) configurado para isolar o suprimento de energia auxiliar (16) da entrada durante uma operação de emergência. um primeiro meio (26, 28) que estabelece uma polaridade inversa através do meio de isolamento (14<39>) por um período de teste (<30>t~ 2~) durante a operação normal, e um segundo meio (30, 24) que monitora uma voltagem proporcional a uma voltagem de entrada (u~ in~) para o meio de isolamento (14) e que emite um sinal de erro (dt~ error~) se a voltagem monitorada (u~ in~) permanecer ou subir acima de um primeiro valor de referência (u~ ref1~) durante o período de teste (<30>t~ 2~).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FONTE DE ENERGIA ININTERROMPÍVEL E MÉTODO PARA TESTAR UM MEIO DE ISOLAMENTO SELETIVO UTILIZADO EM UMA FONTE DE ENERGIA ININTERROMPÍVEL".
[001] A presente invenção refere-se a fontes de alimentação inin-terrompfveis e especificamente a um aparelho e um método para testar a integridade do meio de isolamento utilizado em uma fonte de energia ininterrompível para isolar uma fonte de energia de uma fonte de energia principal durante uma interrupção da fonte de energia principal.
[002] Uma fonte de energia ininterrompível (aqui referida como uma UPS) pode ser utilizada para garantir a alimentação de energia para uma carga elétrica por um período limitado no evento de uma interrupção da alimentação de eletricidade de linha dedicado. Uma UPS está geralmente provida com uma entrada para a alimentação de eletricidade de linha, uma saída para conexão à carga elétrica, uma unidade de armazenamento de energia recarregável, tal como uma batería, interconectada com a saída, e uma chave localizada entre a entrada e a unidade de armazenamento de energia / rede de saída interco-nectadas, e um sensor que detecta qualquer interrupção da alimentação de eletricidade na entrada. Em operação normal (por exemplo, a não interrupção da energia da linha), a chave está fechada e permite que a energia flua da entrada para a unidade de armazenamento de energia e para a saída. Na operação de emergência (por exemplo, uma falta de energia da linha), o sensor detecta a interrupção da alimentação de eletricidade na entrada e ativa a chave para isolar a unidade de armazenamento de energia/rede de saída da entrada. Conse-qüentemente, a alimentação de energia para a carga elétrica é mantida pela unidade de armazenamento de energia.
[003] Uma tal UPS está descrita na Publicação Não Examinada de Patente Japonesa Número 04-147076 a qual também inclui um circuito de verificação de bateria de reserva para detectar uma falha da bateria recarregável (unidade de armazenamento de energia).
[004] É vitalmente importante durante uma operação de emergência que a unidade de armazenamento de energia esteja sempre isolada da rede de eletricidade de linha interrompida já que de outro modo esta iria rapidamente descarregar a vasta maioria de sua energia armazenada de volta para a rede de linha e assim seria incapaz de manter a alimentação de energia para a carga elétrica por qualquer extensão de tempo apreciável.
[005] Na maioria dos casos, a capacidade de isolamento da chave é somente testada durante as situações da vida real quando a UPS é solicitada para chavear de uma operação normal para uma operação de emergência. Obviamente, se a chave falha em isolar a unidade de armazenamento de energia da entrada nestas circunstâncias aconteceriam conseqüências catastróficas quando a alimentação de energia para a carga elétrica inesperadamente cai e eventualmente falta.
[006] Uma UPS está descrita na EP-A-0309124 a qual durante uma operação de emergência detecta se uma chave de isolamento elétrico falhou, e se assim, opera uma chave de reserva de isolamento mecânico para isolar o circuito de UPS inteiro da entrada de CA comercial. No entanto, este procedimento puramente reativo é somente colocado em efeito durante uma operação de emergência quando a fonte CA comercial já foi interrompida. Como tal esta requer a chave de reserva de isolamento mecânico adicional para assegurar que a energia seja impedida de fluir da bateria para a fonte CA comercial interrompida.
[007] O objetivo da invenção é de superar estes problemas pela provisão de uma fonte de energia ininterrompível em que o meio de isolamento é proativamente e automaticamente testado durante a ope- ração normal para assegurar que este seja capaz de efetivamente isolar a entrada da saída e da unidade de armazenamento de energia durante uma operação de emergência.
[008] Este objetivo é atingido pela provisão de uma fonte de energia ininterrompível que compreende uma entrada para acoplar na fonte de energia de linha, uma saída para conexão a uma carga elétrica, uma unidade de armazenamento de energia recarregável adaptada para ser carregada da fonte principal de energia, e um meio de isolamento seletivo configurado para isolar a fonte de energia auxiliar da entrada durante uma operação de emergência caracterizada por ainda compreender um primeiro meio que estabelece uma polaridade reversa através do meio de isolamento por um período de teste durante a operação normal e um segundo meio que monitora uma tensão representativa a uma tensão de entrada para o meio de isolamento e que emite um sinal de erro se a tensão monitorada permanecer ou subir acima de uma primeira tensão de referência durante o período de teste.
[009] A invenção também provê um método para testar um meio de isolamento seletivo utilizado em uma fonte de energia ininterrompível para isolar uma unidade de armazenamento de energia recarregável de uma entrada durante uma operação de emergência, caracterizado por estabelecer uma polaridade inversa através do meio de isolamento por um período de teste durante a operação normal, monitorar uma tensão representativa a uma tensão de entrada para o meio de isolamento, e emitir um sinal de erro se a tensão monitorada permanecer ou subir acima de uma primeira tensão de referência durante o período de teste.
[0010] O sinal de erro provê uma indicação de que o meio de isolamento está defeituoso e conseqüentemente uma ação corretiva pode ser tomada. Na reversão da polaridade do meio de isolamento durante o período de teste, ou a) uma tensão de entrada para o meio de isolamento é reduzida abaixo daquela de sua saída ou b) a tensão de saída é aumentada acima daquela da entrada. Em qualquer caso, se o meio de isolamento estiver defeituoso, existirá um fluxo de corrente inverso através do mesmo.
[0011] De preferência o meio de isolamento é um diodo, já que um diodo automaticamente inverterá a polarização e por meio disto assumirá o seu estado de isolamento quando a sua polaridade for invertida. Uma pessoa versada na técnica prontamente apreciará que o diodo pode ser substituído por dois diodos em série para aumentar a tensão inversa admissível ou por dois diodos em paralelo para aumentar a corrente direta admissível.
[0012] Alternativamente o meio de isolamento poderia ser uma chave. Neste caso, um terceiro meio é requerido para disparar a chave para o seu estado não condutor durante o período de teste.
[0013] De preferência e um comparador pode ser utilizado para comparar uma tensão na saída da fonte de energia ininterrompível com uma tensão de referência adicional e emitir um sinal de começo de teste se a tensão na saída da fonte de energia ininterrompível for maior do que a tensão de referência adicional. Este comparador provê uma excelente indicação do nível no qual a unidade de armazenamento de energia foi carregada e somente permite que o teste comece quando a unidade de armazenamento de energia foi suficientemente carregada. Alternativamente, se o ciclo de teste for suficientemente longo, o usuário pode confiar no fato de que o período de teste entre a partida inicial e o primeiro teste é suficientemente grande para assegurar que a unidade de armazenamento de energia foi suficientemente carregada.
[0014] Apesar de baterias ou bancos de capacitores convencionais poderem ser utilizados na fonte de energia ininterrompível, nas moda- lidades preferidas da invenção a fonte de energia recarregável são um ou mais supercapacitores.
[0015] Em uma aplicação preferida da presente invenção, a fonte de energia ininterrompível inclui um conversor CA/CC na sua entrada e está incorporado em um elevador entre uma fonte de energia de linha de CA e um módulo de freio e um controlador montados em uma cabine de elevador.
[0016] A invenção está aqui descrita por meio de exemplos específicos com referência aos desenhos acompanhantes nos quais: Figura 1 é uma vista geral de uma aplicação típica para uma UPS de acordo com a presente invenção;
Figura 2 é um diagrama de circuito de uma UPS de acordo com uma primeira modalidade da invenção;
Figuras 3a-3f são representações gráficas de perfis de tensão em vários nodos do circuito ilustrado na figura 2;
Figura 4 mostra um meio de isolamento alternativo para o diodo da figura 2;
Figura 5 mostra uma disposição alternativa para reduzir a tensão na entrada do diodo;
Figura 6 é um diagrama de circuito que incorpora um meio para aumentar a tensão na saída do diodo e um meio alternativo para monitorar a tensão de entrada do diodo; e Figuras 7a-7c são representações gráficas de perfis de tensão em vários nodos do circuito ilustrado na figura 6.
[0017] A figura 1 mostra uma aplicação típica para a UPS 10. Neste caso a UPS 10 interconecta uma fonte de energia de linha 1 com dois módulos de freio eletromagnético 2 montados em uma cabine de elevador dentro de um poço de uma instalação de elevador. Cada módulo 2 é ativado por um controlador de freio integral para acoplar por atrito com um trilho de guia dentro do poço por meio disto trazendo a cabine de elevador para uma parada. Como uma operação segura do elevador claramente depende da confiabilidade da alimentação de energia para os módulos de freio 2 e os controladores de freio associados, a UPS 10 está instalada para garantir esta alimentação de energia. Como mostrado, a UPS 10 contém um conversor CA/CC 12, um meio de isolamento 14, duas unidades de armazenamento de energia recarregáveis 16 (uma por módulo de freio 2) e um ou dois testadores 18 para verificar a integridade do meio de isolamento 14.
[0018] Uma modalidade específica da invenção está mostrada em detalhes do diagrama de circuito da figura 2. O conversor CA/CC 12 transforma a tensão CA padrão (220 V, 50 Hz) da fonte de energia de linha 1 em uma tensão de entrada CC Uin (48 V) para a UPS 10. Um circuito de proteção de pico 50 protege o conversor CA/CC 12 e assim todo o sistema de alimentação de energia contra os efeitos perigosos de picos de sobretensão na linha de CA. Mais ainda, o conversor 12 está limitado em corrente a 5A para protegê-lo no evento de um curto-circuito. A tensão de entrada CC Uin fornecida pelo conversor CA/CC 12 é passada através de um indutor 43 e dividida em duas redes independentes no entanto idênticas N1 e N2 cada uma suprindo uma tensão de saída CC Uout a qual é alimentada para o respectivo módulo de freio 2 e controlador associado. Cada uma destas redes de energia CC N1 e N2 está provida com um diodo conectado em série 14' e um fusível 20 assim como um supercapacitor recarregável 16 conectado em paralelo. Na presente modalidade, os diodos 14' funcionam como o meio de isolamento 14. Estes são polarizados diretos para permitir o fluxo de corrente do conversor CA/CC 12 para os respectivos supercapacitor 16 e módulo de freio 2, e polarizados inversos para o fluxo de corrente na direção oposta. Conseqüentemente, durante a operação normal, a corrente flui da fonte de energia de linha 1 através do conversor CA/CC 12 e dos diodos 14' para carregar os supercapacito- res 16 e alimentar os módulos de freio 2. Se existir uma interrupção na fonte de energia de linha 1 fazendo com que a tensão de entrada CC Uin suprida pelo conversor CA/CC 12 caia, os diodos 14' irão automaticamente inverter a polarização e por meio disto impedir um contrafluxo de energia dos supercapacitores 16 para a fonte de energia de linha 1 interrompida. Nestas circunstâncias, a energia armazenada nos supercapacitores 16 é utilizada exclusivamente para manter uma alimentação de energia efetiva para os módulos de freio 2.
[0019] Se os diodos 14' forem sobrecarregados então estes podem ser sujeitos à degradação e quebra eletrostática fazendo-os conduzir livremente em ambas as direções. Nestas circunstâncias os diodos 14' não seriam capazes de isolar os supercapacitores 16 de uma fonte de energia 1 interrompida. O seguinte descreve um teste utilizado para verificar a integridade e especificamente a capacidade de isolamento dos diodos 14' durante uma operação normal da UPS 10.
[0020] A tensão de saída DC Uout de cada rede N1 e N2 é continuamente monitorada por um primeiro comparador 22. Inicialmente, os supercapacitores 16 estarão completamente descarregados, assim quando a UPS 10 é conectada na fonte de energia de linha 1 pela primeira vez, os supercapacitores 16 começarão a carregar e a tensão de saída Uout nas redes CC N1 e N2 aumentará linearmente devido à limitação de corrente do conversor CA/CC 12 (como mostrado na figura 3b). Quando a tensão de saída Uout atinge um primeiro valor de referência Uref 1 > um sinal SOF dos comparadores 22 muda de estado para confirmar que os supercapacitores 16 carregaram a um nível acima da primeira tensão de referência Urefi· [0021] Durante a operação normal, a integridade dos diodos 14' é periodicamente verificada por um testador 18 o qual verificará se qualquer um dos diodos 14 quebrou para permitir a condução de corrente em ambas as direções. O testador 18 inclui um controlador de teste 24 que recebe os sinais SOF dos primeiros comparadores 22, uma rede serial de um resistor 28 e um transistor 26 conectados entre a saída do indutor 43 e o terra, e um segundo comparador 30 também conectado na saída do indutor 43 para monitorar a tensão de entrada CC Uin. O controlador de teste 24 pode estar conectado diretamente, ou indiretamente sobre o controlador de freio, a um controlador de elevador 32.
[0022] A função da UPS 10 e especificamente aquela do testador 18 está descrita com referência às figuras 3a-3f, as quais mostram em uma forma simplificada e exagerada os perfis de tensão em vários no-dos do circuito ilustrado na figura 2. A UPS 10 está inicialmente conectada na fonte de energia de linha 1 em um tempo t0. A entrada de tensão CC Uin fornecida pelo conversor 12 aumenta linearmente para a tensão nominal como mostrado na figura 3a. A corrente flui do conversor 12 através dos diodos 14' para carregar os supercapacitores 16 e as voltagens de saída CC Uout aumentam linearmente como mostrado na figura 3b. Quando as voltagens de saída CC Uout atingem o primeiro nível de tensão de referência Ureti no tempo ti os sinais SOF de ambos os primeiros comparadores 22 tornam-se ativos como mostrado na figura 3c e estes sinais SOF ativos instruem o controlador de teste 24 que o teste pode começar.
[0023] Como mostrado na figura 3d, durante um primeiro período ΔΤ-ι do ciclo de teste, um sinal de teste DT do controlador de teste 24 para uma porta do transistor 26 permanece inativo e por meio disto não existe uma condução de corrente através do resistor 28 e do transistor 26. No entanto, em um tempo t2 um segundo período ΔΤ2 do ciclo de teste começa e o sinal de teste DT torna-se ativo para causar a saturação do transistor 26. Conseqüentemente, a corrente flui diretamente do conversor 12 através do indutor 43, do resistor 28 e do transistor 26 para o terra. O resistor 28 tem um valor de resistência de 6 Ω e como o conversor de corrente 12 está limitado em corrente a 5 A es- te é claramente incapaz de manter a tensão de entrada CC Uin no valor nominal. O indutor 43 efetivamente limita a taxa de mudança da corrente que flui do conversor 12 e portanto a tensão de entrada CC Uin imediatamente cai.
[0024] No início deste colapso na tensão de entrada CC Uin, os diodos 14' devem automaticamente inverter a polarização e portanto isolar os supercapacitores 16 carregados do conversor 12, do resistor 28 e do transistor 26. Neste caso a tensão de entrada CC Uin decairá rapidamente como mostrado pela linha cheia na figura 3a. Uma vez que a tensão de entrada CC Uin cai além da segunda tensão de referência Uref2 em um tempo t3, um sinal DTResponse do segundo compara-dor 30 muda de um estado ativo para um inativo como ilustrado pela linha cheia na figura 3e.
[0025] Se, por outro lado, os diodos 14' estiverem defeituosos por alguma razão e estes permitirem a condução em ambas as direções, no início do colapso da tensão de entrada CC Uin, os supercapacitores 16, além de proverem a tensão de saída CC Uout, descarregarão através dos diodos 14' para tentar manter a tensão de entrada CC Uin no seu nível nominal. Com isto, apesar de existir alguma queda na tensão de entrada CC Uin como mostrado pela linha tracejada na figura 3a, esta queda não será tão rápida como no caso onde os diodos 14 estão sem falhas. Nestas circunstâncias, a tensão de entrada CC Uin não cai além da segunda tensão de referência Uret2 durante o segundo período ΔΤ2 do ciclo de teste e portanto o sinal DTResponse do segundo compa-rador 30 permanecerá no estado ativo ilustrado pela linha tracejada na figura 3e.
[0026] O controlador de teste 24 monitora o sinal DTReSponse do segundo comparador 30 durante o segundo período ΔΤ2 do ciclo de teste. Se existir uma transição de estado no sinal DTReSponse de um estado ativo para um inativo durante este período ΔΤ2, então o controlador 24 reconhece que os diodos 14' estão saudáveis. Ao contrário, se o sinal DTResponse permanecer ativo através de todo este período ΔΤ2, então o controlador 24 emite um sinal de erro DTError para o controlador de elevador 32 sinalizando que um ou ambos os diodos 14' estão defeituosos. O controlador 24 pode incluir uma memória para armazenar as informações de falhas reunidas durante a duração de pulso de teste ΔΤ2 para uma transferência de informações mais conveniente para o controlador de elevador 32 posteriormente. No recebimento deste sinal de erro DTError, o controlador de elevador 32 move o carro para o andar mais próximo, abre as portas para permitir que quaisquer passageiros saiam e ativa os módulos de freio eletromecânico 2 para estacionar a cabine nesta posição. O sinal de erro DTError, uma vez estabelecido, pode somente ser reinicializado e o elevador religado após o diodo ou diodos 14' defeituosos terem sido substituídos.
[0027] O ciclo de teste inteiro repete-se após um tempo U- De modo a assegurar que o próprio teste não danifique os diodos 14', o segundo período ΔΤ2 é geralmente tão curto quanto possível, tipicamente na região de 10 με. O primeiro período ΔΤ-i do ciclo de teste pode ser ajustado pelo usuário para variar a freqüência do teste; em algumas aplicações, o usuário pode desejar testar automaticamente os diodos uma vez por hora, enquanto que em outras aplicações uma freqüência de teste de uma vez por semana pode ser suficiente.
[0028] De modo a melhorar o colapso na tensão de entrada CC Uin, um capacitor pode estar conectado em paralelo através do resistor 28.
[0029] Será prontamente compreendido que os diodos 14' da modalidade anteriormente descrita são somente um tipo de meio de isolamento 14 o qual pode ser utilizado na UPS 10. Em uma segunda modalidade da invenção cada um dos diodos 14' no circuito da figura 2 está substituído por uma chave 14" como mostrado na figura 4. A cha- ve 14" pode ser eletromecânica ou, de preferência, uma chave de semicondutor tal como um transistor. Se uma chave eletromecânica 14" for utilizada pesadas cargas através da mesma acoplada com longos períodos no estado de condução podem fazer com que os contatos da chave 14" tornem-se pegajosos e em um exemplo extremo farão com que os contatos fundam permanentemente no estado de condução. Conseqüentemente, nestas circunstâncias a chave 14" não será capaz de romper a rede CC N1 durante uma interrupção de energia. Se uma chave de semicondutor 14" for utilizada então esta estará sujeita à mesma degradação e aos problemas de quebra eletrostática dos dio-dos 14' da modalidade anterior.
[0030] Considerando que os diodos 14' da modalidade anterior estão predispostos a conduzir em uma direção de fluxo de corrente e isolar na direção oposta, um sinal SW deve ser suprido para a chave 14" para seletivamente fazer ou interromper a rede CC N1. O sinal SW deve fazer com que a chave 14" interrompa a rede CC N1 durante uma interrupção na fonte de energia de linha 1 assim como durante o segundo período de tempo ΔΤ2 do ciclo de teste.
[0031] Como o segundo comparador 30 já monitora a tensão de entrada CC Uin para o testador 18', a saída DTResponse do segundo comparador 30 é também utilizada na presente invenção como uma entrada para o controlador de chave 34 de modo a evitar uma duplicação desnecessária de componentes no circuito. O sinal DT do controlador de teste 24 é também alimentado para o controlador de chave 34.
[0032] A função do controlador de chave 34 está ilustrada na Tabela 1, em que a lógica 1 refere-se à chave 14" fazendo a rede CC N1 e a lógica 0 refere-se à chave 14" interrompendo a rede CC N1.
DT DTptesponse SW " 0 0 " 0 ' ο ϊ 1 1 0 õ 1 1 0 TABELA 1 [0033] Durante a operação normal, a corrente flui da fonte de energia de linha 1 através do conversor CA/CC 12 e das chaves 14" para carregar os supercapacitores 16 e alimentar os módulos de freio 2. Se existir uma interrupção da fonte de energia de linha 1 fazendo com que a tensão de entrada CC Uin suprida pelo conversor CA/CC 12 caia abaixo da segunda tensão de referência Uref2l então o sinal DTRes. p0nse do segundo comparador 30 torna-se inativo por meio disto fazendo com que a chave 14’ interrompa a rede N1 e impeça o contrafluxo de energia dos su perca paci to res 16 para a fonte de energia de linha 1 interrompida.
[0034] Como na modalidade anterior, quando as voltagens de saída CC Uout atingem o primeiro nível de tensão de referência Uref1 em um tempo ti os sinais SOF dos primeiros comparadores 22 tornam-se ativos como mostrado na figura 3c e estes sinais SOF ativos instruem o controlador de teste 24 que o teste pode começar, O teste segue o mesmo procedimento já descrito com referência às figuras 3a até 3f.
[0035] Durante o segundo período ΔΤ2 do ciclo de teste, o sinal de DT do controlador de teste 24 está ativo e mantém a chave 14" em um estado não condutor enquanto o controlador de teste 24 monitora o sinal DTResponse do segundo comparador 30, Se existir uma transição de estado no sinal DTRe5p0nse de um estado ativo para um negativo durante este período ΔΤ2, então o controlador 24 reconhece que as chaves 14" estão saudáveis. Ao contrário, se o sinal DTResponse permanecer ativo através de todo este período δΤ2 (como mostrado pela linha tracejada na figura 3e), então o controlador 24 emite um sinal de erro DTError para o controlador de elevador 32 sinalizando que uma ou ambas as chaves 14" estão defeituosas.
[0036] Será apreciado que os componentes principais do testador 18 são a) a rede serial do resistor 18 e do transistor 26 a qual estabelece uma polaridade inversa através do diodo 14' ou da chave 14" durante o segundo período ΔΤ2 do ciclo de teste, b) o segundo compara-dor 30 o qual monitora a tensão de entrada CC Uin durante o segundo período ΔΤ2 do ciclo de teste e c) o controlador de teste 24 para disparar o transistor 26 e avaliar o sinal de resposta DTResponse do segundo comparador 30.
[0037] A figura 5 ilustra uma modalidade alternativa da presente invenção em que o transistor 26 utilizado nas modalidades anteriores para inverter a polaridade do diodo 14' pela drenagem da tensão de entrada CC Uin durante o segundo período de tempo ΔΤ2 é substituído por uma chave de teste 36 localizada entre a fonte de energia de linha 1 e os diodos 14' para isolar completamente as redes CC N1 e N2 da fonte de energia de linha 1 durante este período ΔΤ2. Conseqüente-mente, os perfis de tensão serão similares àqueles das figuras 3a até 3f durante a operação, a única diferença sendo que a tensão de entrada CC Uin drenará através do resistor 28 na direção de zero ao invés de 30 V durante o segundo período de tempo ΔΤ2 se os diodos 14' estiverem saudáveis. De outro modo, o procedimento de teste é o mesmo como previamente descrito. Apesar de que nesta modalidade específica a chave de teste 36 está colocada entre o conversor CA/CC 12 e os diodos 14', será apreciado que a chave 36 pode estar localizada entre a fonte de energia de linha 1 e o conversor CA/CC 12.
[0038] Apesar de não mostrado, será apreciado, que uma alternativa adicional para reduzir a tensão de entrada CC Uin durante o segundo período ΔΤ2 do ciclo de teste seria dispor um enrolamento pri- mário de um transformador entre o conversor CA/CC e o diodo e um circuito de dreno que compreende um enrolamento secundário do transformador, um resistor e um transistor dispostos em série entre o conversor CA/CC e o terra. A saturação do transistor durante o segundo período ΔΤ2 do ciclo de teste fará com que uma corrente transiente flua através do enrolamento secundário por sua vez induzindo um emf no enrolamento primário fazendo com que a tensão na entrada do diodo caia.
[0039] A figura 6 mostra não somente um modo alternativo no qual estabelecer a polaridade inversa através dos diodos 14' mas também um meio alternativo para monitorar a tensão de entrada CC Uin durante o segundo período ΔΤ2 do ciclo de teste.
[0040] Ao invés de drenar a tensão de entrada CC Uin para o diodo 14', um transformador 42 é utilizado para aumentar a tensão de saída CC Uout do diodo 14' durante o segundo período ΔΤ2 do teste. Um enrolamento primário do transformador 42 está conectado entre o diodo 14' e o supercapacitor 16 e um enrolamento secundário do transformador 42 está conectado em série com um resistor 28 e um transistor 26 entre o supercapacitor 16 e o terra.
[0041] Uma rede em série de dois resistores R1 e R2 está conectada entre a entrada do diodo 14' e o terra. A resistência combinada da qual é relativamente grande para impedir que a rede resistiva drene a fonte de energia. Uma primeira tensão Ui na junção de dois resistores R1 e R2, a qual é proporcional à tensão de entrada Uin para o diodo 14', é alimentada para um controlador de teste 40. Similarmente, uma rede resistiva R3 e R4 está conectada na saída do diodo 14' e da segunda tensão de junção U2, a qual é proporcional à tensão de saída Udout do diodo 14', é alimentada para o controlador 40. Os valores dos resistores R1, R2, R3 e R4 são selecionados de modo que a primeira tensão de junção Ui é igual à segunda tensão de junção U2 somente quando a tensão de saída CC Ud0ut exceder a tensão de entrada CC Uin por uma diferença de tensão específica Udif- [0042] Durante o segundo período ΔΤ2, o sinal de teste DT do controlador 40 faz com que o transistor 26 sature e por meio disto a corrente flui através de um enrolamento secundário do transformador 42, do resistor 28 e do transistor 26. Este fluxo de corrente transiente in-duz um emf em um enrolamento primário do transformador 43 fazendo com que a tensão Udout na saída do diodo 14' aumente para um valor maior do que a tensão de entrada Uin e com isto o diodo 14' é polarizado inverso. Este efeito está mostrado em forma exagerada na figura 7a.
[0043] Se o diodo 14' estiver saudável, então a tensão de entrada CC Uin permanecerá no valor nominal enquanto que a tensão de saída CC Udout aumenta. Em um momento t3, a tensão de saída CC (Udout) ultrapassa a tensão de entrada CC Uin pela diferença de tensão específica Udif e por meio disto uma comparação das duas voltagens de junção Ui e U2 dentro do controlador 40 produz a função de degrau mostrada na figura 7b.
[0044] Ao contrário, se o diodo 14' estiver defeituoso, então a corrente fluirá através do diodo 14' para equalizar a saída CC e as voltagens de entrada Uin e Udout· Com isto, a tensão de saída CC Udout não excederá a tensão de entrada CC Uin pela diferença de tensão específica Udif. Conseqüentemente a primeira tensão de junção Ui permanece maior do que a segunda tensão de junção U2 através de todo o segundo período de teste ΔΤ2 e nenhuma função de degrau é gerada da comparação das duas voltagens de junção Ui e U2 e o controlador 40 emite um sinal de erro DTError para o controlador de elevador 32 como mostrado na figura 7c.
[0045] Apesar de não mostrado, será apreciado, que uma alternativa adicional para aumentar a tensão de saída CC Udout do diodo 14' durante o segundo período ΔΤ2 do teste, seria dispor um indutor entre a saída do diodo e o supercapacitor, e uma rede serial de um transistor e um resistor entre uma fonte de tensão a qual é positiva em relação à tensão nominal do supercapacitor e a saída do diodo. Durante o segundo período de teste ΔΤ2, o transistor fechará a rede serial e a tensão na saída do diodo aumentará.
[0046] Mais ainda, a pessoa versada na técnica imediatamente reconhecerá que com algumas modificações as redes de resistor R1, R2, R3 e R4 juntamente com o controlador 40 podem ser utilizadas para substituir o segundo comparador 30 e o controlador 24 da modalidade ilustrada na figura 2.
[0047] É claro, podem existir outras disposições disponíveis para temporariamente inverter a polaridade através do meio de isolamento 14 e muitos meios alternativos para monitorar a tensão de entrada CC Uin durante o segundo período ΔΤ2 do ciclo de teste.
[0048] Apesar da UPS 10 converter a CA da fonte de linha 1 em CC utilizável para os módulos de freio 2, a pessoa versada na técnica prontamente apreciará que com disposições apropriadas de conversores CA/CC ou conversores CC/CA no circuito, a UPS 10 pode ser alimentada de qualquer fonte de energia CA ou CC para prover uma alimentação de energia garantida para qualquer aplicação de CA ou CC.
[0049] Mais ainda, apesar da invenção ter sido descrita com referência a uma fonte de energia recarregável, e mais especificamente a supercapacitores 16, será apreciado que fontes de energia auxiliares alternativas, tal como as células de combustível podem também ser utilizadas.
REIVINDICAÇÕES
Claims (10)
1. Fonte de energia ininterrompível (10) que compreende: uma entrada para acoplar a uma fonte de energia de linha (1); uma saída para conexão a uma carga elétrica (2); uma unidade de armazenamento de energia recarregável (16) adaptada para ser carregada da fonte principal de energia (1); e um meio de isolamento seletivo (14) configurado para isolar a unidade de armazenamento de energia recarregável (16) da entrada durante uma operação de emergência caracterizada por ainda compreender, um primeiro meio (26, 28, 36, 42) que estabelece uma polaridade inversa através do meio de isolamento (14) por um período de teste (ΔΤ2) durante a operação normal; e um segundo meio (30, 24; R1, R2, R3, R4, 40) que monitora uma tensão (Uin; U-ι) representativa de uma tensão de entrada (Uin) para o meio de isolamento (14) e que emite um sinal de erro (DTError) se a tensão monitorada (Uin; U-ι) permanecer ou subir acima de uma tensão de referência (Urefi; U-ι) durante o período de teste (ΔΤ2).
2. Fonte de energia ininterrompível (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro meio compreende um resistor (28) e um transistor (26) dispostos em série entre uma entrada para o meio de isolamento (14) e o terra.
3. Fonte de energia ininterrompível (10) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que ainda compreende um capacitor conectado em paralelo através do resistor (28).
4. Fonte de energia ininterrompível (10) de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que ainda compreende um indutor (43) disposto entre a entrada da fonte de energia ininterrompível (10) e a entrada do meio de isolamento (14).
5. Fonte de energia ininterrompível (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ainda compreende um resistor (28) disposto entre uma entrada para o meio de isolamento (14) e o terra, e em que o primeiro meio compreende uma chave de desconexão (36) na fonte de energia de linha (1) ou disposta entre a fonte de energia de linha (1) e o meio de isolamento (14).
6. Fonte de energia ininterrompível (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ainda compreende um transformador (42) que tem um enrolamento primário disposto entre uma saída do meio de isolamento (14) e a unidade de armazenamento de energia recarregável (16) e em que o primeiro meio compreende um enrolamento secundário do transformador (42), um resistor (28) e um transistor (26) dispostos em série entre unidade de armazenamento de energia recarregável (16) e o terra.
7. Fonte de energia ininterrompível (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o segundo meio compreende um primeiro comparador (30) para comparar a tensão de entrada (Uin) para o meio de isolamento (14) com a tensão de referência (Urefi) e um controlador (24) para monitorar um sinal de saída (DTResponse) do comparador (30).
8. Fonte de energia ininterrompível (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o segundo meio compreende uma primeira rede de resistores (R1, R2) conectada entre uma entrada para o meio de isolamento (14) e o terra para prover uma primeira tensão (U-ι) proporcional à tensão de entrada (Uin), uma segunda rede de resistores (R3, R4) conectada entre uma saída do meio de isolamento (14) e o terra para prover a tensão de referência (Ureti) o qual é proporcional a uma tensão (Udout) na saída do meio de isolamento (14), e um controlador (40) que compara a tensão (U-ι) proporcional à tensão de entrada com a tensão de referência ( U ref 1) -
9. Fonte de energia ininterrompível (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que ainda compreende um segundo comparador (22) que compara uma tensão (Uout) na saída da fonte de energia ininterrompível (10) com uma tensão adicional de referência (Uref2) e emite um sinal de começo de teste (SOF) se a tensão Uout na saída da fonte de energia ininterrompível (10) for maior do que a tensão de referência (Uref2)·
10. Método para testar um meio de isolamento seletivo (14) utilizado em uma fonte de energia ininterrompível (10) para isolar uma unidade de armazenamento de energia recarregável (16) de uma entrada durante uma operação de emergência, caracterizado por: estabelecer uma polaridade inversa através do meio de isolamento (14) por um período de teste (ΔΤ2) durante a operação normal; monitorar uma tensão (Uin, U-ι) representativa a uma tensão de entrada (Uin) para o meio de isolamento (14); e emitir um sinal de erro (DTError) se a tensão monitorada (Uin, U-ι) permanecer ou subir acima de uma tensão de referência (Urefi; U-i) durante o período de teste (ΔΤ2).
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