BRPI0810069B1 - aparelho para proteção de módulos conversores - Google Patents

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Dorn Jörg
Hartmann Werner
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Siemens Ag
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Description

Diretor Substituto de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para APARELHO
PARA PROTEÇÃO DE MÓDULOS CONVERSORES.
A presente invenção refere-se a um aparelho tendo um circuito em série de submódulos, que têm um circuito semicondutor e um armaze5 namento de energia conectado em paralelo com o circuito semicondutor de energia, em que cada submódulo tem um dispositivo em curto-circuito associado para colocar o submódulo em curto-circuito.
No caso de conversores intermediários de voltagem, conectados em série, e, em particular, no caso de conversores para transmissão de cor10 rente contínua de alta voltagem para distribuição e transmissão de energia, semicondutores de energia, que podem ser desligados, são usados para a conversão de voltagem CA em voltagem CC, e vice-versa. O nível de voltagem se estende, nesse caso, de vários 10 kV até vários 100 kV. Para obtenção de uma voltagem adequadamente alta, um grande número de módulos 15 semicondutores, equipados com circuitos integrados semicondutores de energia, deve ser conectado em série, por causa da voltagem extrema limitada dos semicondutores de energia. Diferentes módulos de semicondutores podem ser também conectados entre si, formando um circuito semicondutor de energia. Particularmente, no caso dos denominados conversores multiní20 veis, circuitos semicondutores como esses são parte de um submódulo, que tem dois polos, em que os submódulos são ligados em série. Durante a operação contínua, é possível que um dos módulos de semicondutores ou todo o submódulo falhe dieletricamente e forme um curto-circuito interno. Para impedir falha de toda a instalação, no caso de falha de um único módulo de 25 semicondutor ou de um submódulo, o módulo ou submódulo de semicondutor falho é ligado em ponte. Um dispositivo de curto-circuito é usado para esse fim. Esse dispositivo de curto-circuito deve ter uma voltagem extrema comparável ao nível da voltagem operacional de um módulo de semicondutor, por toda a vida da instalação, e deve ser também capaz de suportar so30 brevoltagens que ocorrem ocasionalmente durante a operação. A capacidade de transporte de corrente do dispositivo em curto-circuito deve ser projetada para a corrente operacional média máxima, que pode ser estabelecida pelo submódulo. Essa é tipicamente de 100 A a cerca de 1.000 A.
Da técnica anterior, particularmente para conversores de corrente contínua de alta voltagem, semicondutores de energia são geralmente usados na forma dos denominados acondicionamentos sob pressão, nos quais um curto-circuito interno de um componente semicondutor provoca um curto-circuito de baixa impedância, com apenas uma pequena quantidade de calor sendo desenvolvida. O módulo de semicondutor falho em outras palavras se rompe, em consequência do que nenhuma outra proteção, na forma de um dispositivo em curto-circuito, é necessária.
Quando do uso de semicondutores de energia amarrados de projeto modular, uma falha interna de um módulo de semicondutor provoca a formação de um arco, que deve ser desconectado dentro de um período curto de tipicamente cerca de 1 ms, para impedir dano adicional e o início de fogo.
O aparelho desse tipo genérico já é conhecido do pedido de patente DE 103 23 220 A1. Este documento descreve um conversor, que é intencionado para conexão a uma linha de voltagem CA, tendo uma pluralidade de fases. O conversor tem módulos de fases que têm uma conexão de voltagem CA central e duas conexões de voltagem CA externas. Um ramo de módulo de fase se estende entre a conexão de voltagem CA central e cada conexão de voltagem CA externa, com cada rama de módulo de fase compreendendo um circuito em série de submódulos. Cada submódulo tem o seu próprio capacitor, em paralelo com o qual um circuito de semicondutor de energia é conectado. O circuito de semicondutor de energia tem semicondutores de energia, que podem ser desligados, cada um dos quais é conectado dorso a dorso em paralelo com um diodo de roda livre. Cada semicondutor de energia, que pode ser desligado, e o diodo de roda livre, respectivamente associado com ele, são combinados para formar um módulo de semicondutor. Vários módulos de semicondutores são conectados entre si e formam um denominado circuito em ponte completa, em consequência do que a voltagem que é passada pelo capacitor, uma voltagem zero ou a voltagem do capacitor invertida é passada entre os dois terminais de conexão do respectivo submódulo. Um conversor, tal como esse, é também referido como um conversor multinível. Os semicondutores de energia em um módulo de semicondutor não são conectados entre si por um contato direto. De fato, esses são módulos de semicondutores amarrados de custo mais baixo, em consequência do que um circuito em curto-circuito dentro do módulo de semicondutor ou semicondutor pode provocar a ocorrência de um arco, com gases explosivos e similares, consequentemente. Para remover a voltagem de excitação do arco, o submódulo falho é curto circuitado, e é, desse modo, ligado em ponte no circuito em série. Para a colocação em curto-circuito, um dispositivo em curto-circuito é conectado em paralelo com o submódulo, compreendendo um componente de sacrifício composto de semicondutores ou também de um tiristor. O componente de sacrifício rompe no caso de uma falha, sendo destruído no processo. No caso de uma falha, o tiristor é disparado e conduz uma proporção considerável da corrente de circuito de semicondutor de energia. O aparelho já conhecido é, no entanto, caro, por causa dos semicondutores de energia que são usados adicionalmente.
Um aparelho para o curto-circuito dos submódulos é conhecido do pedido de patente internacional PCT/DE2006/000344, que ainda não foi publicado, em que o aparelho tem um dispositivo em curto-circuito que é um elemento pirotécnico / mecânico. No caso de um curto-circuito, o elemento pirotécnico / mecânico é disparado, por exemplo, com a carga explosiva acelerando por explosão um pino de comutação, de tal modo que o submódulo falho é ligado em ponte.
O objetivo da invenção é proporcionar um aparelho do tipo mencionado inicialmente, que custe pouco e, ao mesmo tempo, coloque em uma ligação em ponte segura um submódulo falho.
A invenção atinge esse objetivo por meio de um dispositivo em curto-circuito sendo um tubo interruptor a vácuo.
De acordo com a invenção, e em comparação com a técnica anterior, nenhum semicondutor ou caminho de entreferro no ar é usado, mas um tubo interruptor a vácuo. Tubos interruptores a vácuo, tais como esses, são manufaturados em grandes quantidades e são, portanto, comercialmen te disponíveis a um baixo custo. Os tubos interruptores a vácuo, comercialmente disponíveis, para baixa voltagem têm, em particular, os parâmetros elétricos necessários e são também adequados como dispositivos em curtocircuito para os submódulos de um conversor, por causa dos seus tamanhos físicos.
As rotas de interruptores a vácuo têm uma capacidade de isolamento dielétrico particularmente alta, em consequência do que a rota de comutação entre os contatos do tubo interruptor a vácuo pode ser mantida muito curta. Isso significa que as forças de aceleração, para movimentar o tubo interruptor a vácuo de uma posição desconectada a uma posição de contato, podem ser igualmente pequenas.
Uma unidade de engate e desengate é vantajosamente proporcionada para engatar o tubo interruptor a vácuo em uma posição desconectada e para remover o engate. A unidade de engate e desengate retém um contato móvel, que é orientado de modo que pode movimentar, do tubo interruptor a vácuo em uma posição desconectada, na qual um fluxo de corrente pelo tubo interruptor a vácuo é interrompido.
Em comparação, quando essa unidade de engate e desengate desengata, o tubo interruptor a vácuo é movimentado para a sua posição de contato, na qual liga em ponte o submódulo.
Uma mola de fechamento é proporcionada convenientemente, que é solicitada na posição desconectada do tubo interruptor a vácuo, em consequência do que a liberação do engate resulta na força de mola da mola de fechamento sendo liberada, para movimentar o tubo interruptor a vácuo para a sua posição de contato.
A unidade de engate e desengate tem, vantajosamente, um ímã permanente, que produz uma força de engate, e um meio de desengate, que se opõe à força de retenção, durante liberação do engate.
O meio de desengate é vantajosamente uma bobina elétrica. A corrente é passada pela bobina elétrica, para fechar o tubo interruptor a vácuo. O fluxo de corrente pela bobina elétrica resulta em um campo magnético, que se opõe ao campo magnético do ímã permanente. Em outras pala vras, o fluxo de corrente pela bobina elétrica enfraquece uma força de retenção do ímã permanente, em consequência do que o tubo interruptor a vácuo é movimentado para sua posição de contato, em virtude das forças de fechamento.
De acordo com um outro desenvolvimento, que é conveniente nesse contexto, a unidade de engate e desengate tem uma forquilha magnética e uma armadura, que é orientada de modo que possa se mover, em que a forquilha é conectada ao ímã permanente, e a armadura fecha um circuito magnético na posição desconectada. A forquilha, o ímã permanente e a armadura formam um circuito magnético no ponto de engate. Nesse caso, a armadura se liga em ponte ao entreferro de ar e se apoia firmemente na forquilha ou no ímã permanente. Nessa posição, o campo magnético do ímã permanente se propaga na forquilha, que é feita vantajosamente de material magnético macio, e pela armadura, que se movimenta relativamente a ele. O fechamento do circuito magnético, na posição desconectada, resulta no fechamento do campo magnético e produz um melhor estado energético, em comparação com um circuito magnético, que tem entreferros de ar, garantindo, desse modo, o travamento magnético da armadura. Nesse caso, a armadura é conectada convenientemente a um contato móvel do tubo interruptor a vácuo, diretamente ou por meio de um mecanismo de alavanca conveniente. Um movimento da armadura é, desse modo, incorporado diretamente no contato móvel do tubo interruptor a vácuo.
De acordo com um outro desenvolvimento, que é conveniente nesse contexto, a bobina elétrica é projetada para enfraquecer a força magnética do ímã permanente no circuito magnético. Se a força magnética do ímã permanente for enfraquecida, as forças que se opõem à força magnética e que são dirigidas para movimentar o contato móvel para a posição de contato são mais fortes do que a força magnética. Isso resulta, portanto, no fechamento do tubo interruptor a vácuo e, desse modo, no submódulo sendo posto em curto-circuito.
O circuito de semicondutor de energia é convenientemente um circuito em ponte completa. Por meio de exemplo, quatro semicondutores de energia, que podem ser desligados, são usados nesse caso, por exemplo, IGBTs, GTOs ou IGCTs. Um diodo de roda livre é conectado dorso a dorso em paralelo com cada um dos semicondutores de energia, que podem ser desligados. Cada submódulo é na forma de uma rede de dois polos. No caso de um circuito em ponte completa, como já descrito em conjunto com a técnica anterior, a voltagem que é passada pelo armazenamento de energia, uma voltagem zero ou a voltagem do armazenamento de energia invertida pode ser produzida entre os terminais de conexão de cada submódulo.
Em comparação a isso, o circuito de semicondutor de energia é um circuito em meia ponte. Os circuitos em meia ponte, tais como esses, têm apenas os semicondutores de energia que podem ser desligados, cada um dos quais tem mais uma vez um diodo de roda livre conectado dorso a dorso em paralelo com eles. Um circuito em meia ponte, que se tornou, por exemplo, conhecido como um circuito Marquardt, permite que ou a voltagem seja passada no armazenamento de energia do submódulo ou também uma voltagem zero seja produzida entre os dois terminais de conexão de cada submódulo.
O aparelho é vantajosamente um conversor, que tem uma conexão de voltagem CA, para conexão de um sistema de suprimento de energia de voltagem CA. As possíveis aplicações de aparelhos, tais como esses, baseia-se no campo dos denominados Sistemas de Transmissão CA Flexíveis ou abreviando FACTS, ou no campo de HVDCT de transmissão de corrente contínua de alta voltagem.
O tubo interruptor a vácuo é projetado convenientemente de modo que possa ser movimentado sem um acionamento, da posição desconectada a uma posição de contato, em que o submódulo é posto em curtocircuito, quando o engate é removido. De acordo com esse desenvolvimento mais vantajoso, o tubo interruptor a vácuo é movimentado da sua posição desconectada à posição de contato essencialmente por sua conta, em consequência da diferença de pressão que ocorre entre a parte interna do tubo interruptor a vácuo e a atmosfera externa. Uma corrente pode escoar pelo tubo interruptor a vácuo na posição de contato, enquanto que, em compara ção, um fluxo de corrente pelo tubo interruptor a vácuo é interrompido na posição desconectada. A força de solicitação de um fole, que é conectado ao contato móvel, ocorre, geralmente, também além da força que resulta da dita diferença de pressão. Nos tubos interruptores a vácuo disponíveis comercialmente, a pressão na parte interna do tubo interruptor a vácuo é cerca de 10‘6 Pa. De acordo um outro desenvolvimento, com relação a isso, uma pequena mola auxiliar é proporcionada, que produz uma força auxiliar adicional para fechar o contato.
Em certos casos, é vantajoso proporcionar uma unidade de acionamento. A unidade de acionamento propicia a comutação deliberada do tubo interruptor a vácuo.
Outros refinos e vantagens convenientes da invenção são o objeto da descrição apresentada a seguir das concretizações exemplificativas da invenção, com referência às figuras no desenho, no qual os mesmos símbolos de referência se referem aos componentes tendo o mesmo efeito, e, em que:
a figura 1 mostra uma concretização exemplificativa do aparelho de acordo com a invenção;
a figura 2 mostra um ramo de módulo de fase com um circuito em série de submódulos;
a figura 3 mostra uma concretização exemplificativa de um tubo interruptor a vácuo na forma de uma vista lateral seccionada;
a figura 4 mostra o tubo interruptor a vácuo como mostrado na figura 3, com uma unidade de engate e desengate;
a figura 5 mostra um acionamento eletrônico para acionar a bobina da unidade de engate e desengate, mostrada na figura 4; e a figura 6 mostra uma outra concretização exemplificativa de um acionamento eletrônico para a bobina eletrônica mostrada na figura 4.
A figura 1 mostra uma concretização exemplificativa do aparelho 1 de acordo com a invenção, que é formada de três módulos de fase 2a, 2b e 2c. Cada módulo de fase 2a, 2b e 2c é conectado a uma linha de voltagem CC positiva p e a uma linha de voltagem CC negativa n, em consequência do que cada módulo de fase 2a, 2b, 2c tem duas conexões de voltagem CC p e n. Além do mais, uma respectiva conexão de voltagem CA 3-t, 32 e 33 é proporcionada para cada módulo de fase 2a, 2b e 2c. As conexões de voltagem CA 3i, 32 e 33 são conectadas por um transformador 4 a um sistema de suprimento de energia de voltagem CA trifásico 5. As voltagens de fase entre as fases do sistema de suprimento de voltagem CA 5 são U1, U2 e U3, com as correntes do sistema de suprimento de energia que escoam sendo In1, In2 e In3. A corrente de fase no lado de voltagem CA de cada módulo de fase é anotada 11, I2 e I3. A corrente de voltagem CC é ld. Os ramos de módulos de fase 6p1, 6p2 e 6p3 se estendem entre cada uma das conexões de voltagem CA 3i, 32 ou 33 e a linha de voltagem CC positiva p. Os ramos de módulos de fase 6n1, 6n2 e 6n3 são formados entre cada conexão de voltagem CA 3-i, 32, 33 e a linha de voltagem CC negativa n. Cada ramo de módulo de fase 6p1, 6p2, 6p3, 6n1, 6n2 e 6n3 compreende um circuito em série de submódulos, embora esses não sejam ilustrados em detalhes na figura 1, e uma indutância, que é anotada LKr na figura 1.
A figura 2 mostra o circuito em série dos submódulos 7 e, em particular, o projeto dos submódulos em mais detalhes por meio de um circuito elétrico equivalente, com apenas o ramo do módulo de fase 6p1 tendo sido selecionado na figura 2. Os ramos de módulos de fase remanescentes são, no entanto, de projeto idêntico. Como pode ser visto, cada submódulo 7 tem dois semicondutores de energia ligados em série T1 e T2, que podem ser desligados. Por meio de exemplo, os semicondutores de energia, que podem ser desligados, são os denominados IGBTs, GTOs, IGCTs ou similares. Esses são conhecidos por si para uma pessoa versada na técnica, e não precisam, portanto, ser descritos em detalhes nesse ponto. Cada semicondutor de energia T1, T2, que pode ser desligado, tem um diodo de roda livre D1, D2 conectado dorso a dorso em paralelo com ele. Um capacitor 8 é conectado como um armazenamento de energia, em paralelo com o circuito em série formado pelos semicondutores de energia Τ1, T2, que podem ser desligados, e os diodos de roda livre D1 e D2. Cada capacitor 8 é carregado em uma base unipolar. Dois estados de voltagem podem ser então produzi dos entre os terminais de conexão X1 e X2 de cada submódulo 7. Se, por exemplo, uma unidade de acionamento 9 produzir um sinal de acionamento por meio do qual o semicondutor de energia T2, que pode ser desligado, é mudado para a sua posição ligada, na qual a corrente pode escoar pelo semicondutor de energia T2, a queda de voltagem entre os terminais Χ1, X2 do submódulo 7 é zero. Nesse caso, o semicondutor de energia T1, que pode ser desligado, está na sua posição de bloqueio, na qual um fluxo de corrente pelo semicondutor T1, que pode ser desligado, é interrompido. Isso impede a descarga do capacitor 8. Se, em comparação, o semicondutor de energia T1, que pode ser desligado, estiver na sua posição ligada, mas o semicondutor de energia T2, que pode ser desligado, tiver sido alterado para a sua posição de bloqueio, a voltagem do capacitor completo Uc é produzida entre os terminais X1, X2 do submódulo 7.
A concretização exemplificativa do aparelho de acordo com a invenção, como mostrado nas figuras 1 e 2, é também referida como um denominado conversor multinível. Por meio de exemplo, um conversor multinível, tal como esse, é adequado para uso como um acionamento para máquinas elétricas, tais como motores ou similares. Além do mais, um conversor multinível, tal como esse, é também adequado para uso no campo de distribuição e transmissão de energia. O aparelho de acordo com a invenção é portanto usado, por exemplo, como uma ligação dorso a dorso, que compreende dois conversores, que são conectados entre si no lado de voltagem CC, com cada um dos conversores sendo conectados a um sistema de suprimento de energia de voltagem CA. As ligações dorso a dorso, tais como essas, são usadas para trocar energia entre os dois sistemas de distribuição de energia, por exemplo, com os sistemas de distribuição de energia tendo diferentes frequências, ângulos de fase, tratamento de ponto em estrela ou similares. Além do mais, as aplicações podem ser consideradas no campo de correção do fator de potência, como os denominados FACTS (Sistemas de Transmissão CA Flexíveis). Os conversores multiníveis, tais como esses, também podem ser usados para transmissão de corrente contínua de alta voltagem por longas distâncias. Em virtude da ampla gama de diferentes opções de aplicação, há um grande número de diferentes voltagens operacionais, para as quais o respectivo aparelho de acordo com a invenção pode ser casado. Por essa razão, o número de submódulos pode variar de uns poucos até várias centenas de submódulos 7.
Como já indicado adicionalmente acima, é vantajoso que um submódulo falho seja colocado em curto-circuito dentro de uns poucos milissegundos, após a ocorrência da falha. Qualquer arco que ocorra no caso de uma falha é então interrompido, antes que possa ocorrer um maior dano. Para colocar em curto-circuito os submódulos, um tubo interruptor a vácuo 100 é conectado como um dispositivo em curto-circuito, entre os terminais de conexão X1 e X2 de cada submódulo 7. Durante operação normal, o único tubo interruptor a vácuo 100 ilustrado esquematicamente fica na sua posição desconectada, evitando, desse modo, qualquer curto-circuito entre os terminais de conexão X1 e X2 do submódulo 7 associado.
A figura 3 mostra uma vista lateral seccionada do tubo interruptor a vácuo 100. O tubo interruptor a vácuo 100 tem um alojamento fechado a vácuo, que é formado por uma primeira parte de alojamento metálica 141, uma segunda parte de alojamento metálica 142, e um isolador cerâmico anular, bem como um fole metálico. A pressão interna na parte interna do tubo interruptor a vácuo 100, que é presa pelos ditos componentes, é cerca _de 10'6 Pa. Em outras palavras, há um vácuo na parte interna do tubo interruptor a vácuo 100.
Um parafuso de contato fixo 111 passa pela segunda parte de alojamento metálica 142 e é equipado com um contato fixo 101 na sua extremidade livre, que é disposta na parte interna do tubo interruptor a vácuo 100. O contato fixo 101 em um contato móvel 102 associado, que é localizado oposto ao anterior em uma direção longitudinal, e é firmemente conectado a um parafuso de contato móvel 112. O parafuso de contato móvel 112 é orientado de modo que possa se movimentar longitudinalmente com relação ao contato fixo 101, embora o parafuso de contato móvel 112 seja conectado em uma maneira fechada a vácuo ao fole metálico 120. Na sua extremidade distante do parafuso de contato móvel 112, o fole metálico 120 é preso em uma maneira fechada a vácuo à primeira parte de alojamento metálica 141. O parafuso de contato fixo 101 tem uma rosca interna, que é indicada na figura 3 e é usado para conexão elétrica do primeiro terminal de conexão de um submódulo associado. De uma maneira correspondente, o parafuso de contato móvel 112 tem também uma rosca interna para fixação condutora do segundo terminal de conexão do submódulo.
A figura 3 mostra o tubo interruptor a vácuo 100 na sua posição desconectada, na qual o contato móvel 102 é separado do contato fixo 101 por um entreferro de contato 150. Nesse caso, o vácuo que está presente tem uma alta capacidade de isolamento elétrico, em consequência disso mesmo o pequeno entreferro de contato 150, que é mostrado, é insuficiente para proporcionar a voltagem extrema necessária para o tubo interruptor a vácuo 100 na posição desconectada, quando uma alta voltagem é aplicada.
Em virtude da alta diferença de pressão entre a parte interna do tubo interruptor a vácuo 100 e a atmosfera externa, um efeito de força 200 ocorre, que age na direção longitudinal do parafuso de contato móvel 112 e força o contato móvel 102 contra o contato fixo 101. O efeito de força 200 é auxiliado pela força elástica do fole metálico 120, que é pré-solicitado na posição desconectada ilustrada, e força igualmente o contato móvel 102 na direção do contato fixo 101. Uma força de retenção 240 é, portanto, necessária para movimentar o tubo interruptor a vácuo 100 para sua posição desconectada, cuja força de retenção 240 se contrapõe à força de fechamento resultante da dita diferença de pressão e resultante da pré-solicitação do fole metálico.
A figura 4 mostra o tubo interruptor a vácuo 100 com o seu parafuso de contato fixo 111 e o seu parafuso de contato móvel 112, com o parafuso de contato móvel 112 sendo conectado firmemente a uma armadura 310 de uma unidade de engate e desengate 300. A unidade de engate e desengate 300 compreende um ímã permanente 330, uma forquilha magnética macia 320, que é conectada ao ímã permanente 330, à dita armadura 310 e à bobina elétrica 340. O campo magnético, que é produzido pelo ímã permanente 330, tenta se propagar em um material, cuja relutância magnética é a mais baixa possível. A relutância magnética da armadura 310 e da forquiIha 320 é inferior àquela do ar. Para um estado energético o mais baixo possível, a armadura 310 tenta, portanto, a fechar o entreferro de ar 335, que pode ser visto entre a forquilha 320 e/ou o ímã permanente 330 e a armadura 310. Em outras palavras, o parafuso de contato móvel 112 e, portanto, o contato móvel 102 são mantidos na posição desconectada pela força do ímã permanente 330. A passagem de corrente de uma maneira adequada pela bobina elétrica 340 resulta na força do ímã permanente 330 sendo enfraquecida até, no fim, que a força de fechamento seja maior do que a força de retenção do ímã permanente 330, em consequência do que a armadura 310 é arrancada da forquilha magnética macia 320 e desligue o ímã permanente 330. No processo, o tubo interruptor a vácuo 100 é movimentado para sua posição de contato, na qual a corrente pode escoar pelo tubo interruptor a vácuo 100. A passagem de corrente pela bobina elétrica 340 propicia também que o tubo interruptor a vácuo 100 seja desligado, propiciando, desse modo, que um submódulo associado seja ligado em ponte.
A figura 5 mostra um acionador eletrônico 400 para a bobina elétrica 340 mostrada na figura 4. O acionamento eletrônico 400 compreende uma unidade de suprimento de energia 410, uma chave de fechamento acionável eletronicamente 420, uma conexão para desengatar a chave de fechamento 420, e um armazenamento de energia 430. Por meio de exemplo, a chave de fechamento 420 é um semicondutor de energia que pode ser acionado, por exemplo, um tiristor ou IGBT. Quando a chave de fechamento 420 é fechada ou é movimentada para a sua posição ligada, o armazenamento de energia 430 é descarregado, resultando em uma corrente de curtocircuito escoando pela bobina elétrica 340. A corrente de curto-circuito faz com que a bobina elétrica 340 produza um campo magnético suficientemente alto, que a armadura 30 seja arrancada da forquilha magnética.
A figura 6 mostra uma concretização exemplificativa diferente da unidade de engate e desengate 300, em que a unidade de engate e desengate 300, como mostrada na figura 6, não tem quaisquer ímãs permanentes. Em vez disso, a força de retenção, que é necessária para reter o parafuso de contato móvel, é produzida pela força magnética da bobina. A bobina é, portanto, energizada durante operação normal. No entanto, para ligar em ponte o submódulo 7, a chave 420 é comutada para sua posição desconectada, impedindo, desse modo, qualquer escoamento de corrente pela bobina 5 elétrica 340. A força de retenção é, portanto, perdida, fazendo, desse modo, que a armadura seja arrancada e, portanto, feche o tubo interruptor a vácuo 100, em consequência da força de fechamento, como descrito acima.

Claims (12)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Aparelho (1), compreendendo:
    um circuito em série de uma pluralidade de submódulos (7), cada um tendo um circuito semicondutor de energia (T1, T2, D1, D2) e um dispositivo de armazenamento de energia (8) conectados em paralelo com o dito circuito de semicondutor de energia (T1, T2, D1, D2);
    caracterizado pelo fato de que cada submódulo (7) tem um tubo interruptor a vácuo (100) associado, o dito tubo interruptor a vácuo (100) formando um dispositivo de curto-circuito para colocar em curto-circuito o respectivo submódulo (7);
    uma unidade de engate e desengate (300) para engatar o dito tubo interruptor a vácuo (100) em uma posição desconectada com um engate e para remover o dito engate; e o dito tubo interruptor a vácuo (100) sendo configurado para ser movido, sem um acionador, de uma posição desconectada a uma posição conectada, sendo que o respectivo submódulo (7) é curto-circuitado, quando o dito engate é removido, sendo que o dito tubo interruptor a vácuo (100) é movido da posição desconectada à posição conectada substancialmente somente como um resultado de uma diferença de pressão entre um interior do dito tubo interruptor a vácuo (100) e a atmosfera exterior.
  2. 2. Aparelho (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma unidade de engate e desengate (300) engata o tubo interruptor a vácuo (100) em uma posição desconectada e remove o engate.
  3. 3. Aparelho (1) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a unidade de engate e desengate (300) tem um ímã permanente (330), que produz uma força de engate, e um meio de desengate (340), que se contrapõe à força de retenção para liberar o engate.
  4. 4. Aparelho (1) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o meio de desengate é uma bobina elétrica (340).
  5. 5. Aparelho (1) de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a unidade de engate e desengate (300) tem uma forquilha magnética (320) e uma armadura (310), que é orientada de modo que
    Petição 870180133204, de 24/09/2018, pág. 7/12 possa se movimentar, em que a forquilha (320) é conectada ao ímã permanente (330), e a armadura (310) fecha um circuito magnético na posição desconectada.
  6. 6. Aparelho (1) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a bobina elétrica (340) é projetada para enfraquecer a força magnética do ímã permanente (330) no circuito magnético.
  7. 7. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o circuito de semicondutor de energia é um circuito em ponte completa.
  8. 8. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o circuito de semicondutor de energia (T1, T2, D1, D2) é um circuito em meia ponte.
  9. 9. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o aparelho (1) é um conversor, que tem uma conexão de voltagem CA, para conexão de um sistema de suprimento de energia de voltagem CA (5).
  10. 10. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o tubo interruptor a vácuo (100) é projetado de modo que possa ser movimentado sem um acionamento, da posição desconectada a uma posição de contato, na qual o submódulo é posto em curto-circuito, quando o engate é removido.
  11. 11. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por uma mola de fechamento, para movimentar o tubo interruptor a vácuo (100) para sua posição de contato.
  12. 12. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por uma unidade de acionamento para comutar o tubo interruptor a vácuo (100).
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