ES2200104T3 - Sistema convertidor de energia para la transformacion bidireccional entre energia hidraulica y electrica. - Google Patents
Sistema convertidor de energia para la transformacion bidireccional entre energia hidraulica y electrica.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN SISTEMA DE TRANSFORMACION DE POTENCIA PARA LA TRANSFORMACION BIDIRECCIONAL ENTRE ENERGIA HIDRAULICA Y ELECTRICA, EJECUTANDOSE CON EL TIPO DE ENERGIA TRANSFORMADA BIDIRECCIONALMENTE LA ALIMENTACION SELECTIVA DE SISTEMAS DE ENERGIA ELECTRICA O HIDRAULICA A BORDO DE UN VEHICULO. CON EL SISTEMA BIDIRECCIONAL DE TRANSFORMACION DE POTENCIA PUEDEN TRANSFORMARSE LAS SOLUCIONES CONOCIDAS DEL SISTEMA CON UN NUMERO INFERIOR DE SISTEMAS (FUNCIONALES) PARCIALES. SE CONSIGUE REDUCIR LA POTENCIA TOTAL INSTALADA MEDIANTE LA EXPLOTACION DE LAS POSIBILIDADES BIDIRECCIONALES DE ALIMENTACION TRANSVERSAL DE ENERGIA HIDRAULICA O ELECTRICA EN EL SISTEMA DE ENERGIA CORRESPONDIENTE. AL MISMO TIEMPO PUEDE OBTENERSE UNA TRANSFORMACION DE POTENCIA FORZADA DE LA ENERGIA DE ABORDO Y UNA REDUCCION DE LOS COSTES DE FABRICACION Y SERVICIO DEL SISTEMA DE ENERGIA DE ABORDO, ASI COMO UNA REDUCCION DE PESO DEL VEHICULO. EL SISTEMA DE TRANSFORMACION DE POTENCIA PARA EL ABASTECIMIENTO DE DIFERENTES SISTEMAS DE ENERGIA DE UN VEHICULO SE HA ESTRUCTURADO DE TAL FORMA, QUE SE TRANSFIERE BIDIRECCIONAL Y SELECTIVAMENTE LA POTENCIA ENTRE UN SISTEMA DE ABORDO HIDRAULICO Y OTRO ELECTRICO. AL SISTEMA DE ABORDO HIDRAULICO ESTAN SUBORDINADAS UNA O VARIAS FUENTES HIDRAULICAS, QUE ALIMENTAN EN UN SISTEMA DE POTENCIA HIDRAULICO CON CONSUMIDORES HIDRAULICOS CONECTADOS. DEL MISMO MODO SE HAN SUBORDINADO AL SISTEMA ELECTRICO DE ABORDO UNA O VARIAS FUENTES ELECTRICAS, QUE ALIMENTAN EN UN SISTEMA ELECTRICO DE DISTRIBUCION CON CONSUMIDORES ELECTRICOS CONECTADOS. SE COMPONE DE UN SISTEMA PARCIAL HIDRAULICO Y OTRO ELECTRICO, QUE MUESTRAN CADA UNO AL MENOS UNA MAQUINA HIDRAULICA Y OTRA ELECTRICA, QUE SE HAN ACOPLADO ROTATORIAMENTE A TRAVES DE UN ENGRANAJE O UN EJE. A LOS DOS SISTEMAS PARCIALES SE HA POSCONECTADO UNA UNIDAD DE CONTROL, QUE ACTIVA LAS MAQUINAS SOBRE LA BASE DEL ESTADO DE SERVICIO SUBORDINADO AL SISTEMA DE CONDUCCION HIDRAULICO O AL SISTEMA DE DISTRIBUCION ELECTRICO. CON ESTO SE PRODUCE LA ACTIVACION O CONMUTACION CORRESPONDIENTE DE UN ELEMENTO DE CONMUTACION DE CLASES DE SERVICIO INTEGRADO EN AMBOS SISTEMAS PARCIALES Y LA ACTIVACION DE UNA DE LAS DOS FUNCIONES BIDIRECCIONALES DE LOS DOS SISTEMAS PARCIALES.
Description
Sistema convertidor de energía para la
transformación bidireccional entre energía hidráulica y
eléctrica.
La invención se refiere a un sistema convertidor
de energía para la transformación bidireccional entre energía
hidráulica y eléctrica para la alimentación de sistemas de energía
de un vehículo, realizándose con el tipo de energía convertida
bidireccionalmente y proporcionada opcionalmente la alimentación
del (de los) sistema(s) de energía eléctrica o hidráulica a
bordo de un vehículo, preferentemente a bordo de un vehículo
aéreo.
En los sistemas de energía de a bordo de
vehículos conocidos, su seguridad de servicio se garantiza en mayor
medida con fuentes de energía que funcionan de forma autónoma, de
cuya energía (potencia) hidráulica y/o eléctrica proporcionada
(emitida) deben disponer constantemente los consumidores instalados
en el sistema, de los distintos sistemas de energía críticos a
nivel de seguridad. De ello están afectados los sistemas de
accionamiento hidráulicos (instalados en un vehículo para el
control del vehículo) y los sistemas eléctricos/electrónicos,
especialmente las instalaciones energéticas e informáticas
[ordenadores] (para la navegación y la comunicación o para el
control del vehículo). Estos sistemas de energía de a bordo,
hidráulicos y eléctricos, a prueba de fallos, del tipo tradicional
se componen (generalmente) de distintas fuentes de energía
multiplicadas (redundantes), independientes (generadores o bombas),
que están dispuestas en cada propulsor de un vehículo y que
alimentan a un sistema distribuidor, en primer lugar a través de
una barra colectora de corriente trifásica (AC-BUS
BAR) o a una red hidráulica.
En la construcción de automóviles se conocen para
ello soluciones para sistemas de energía de a bordo eléctricos e
hidráulicos para automóviles que a continuación se describen con la
ayuda de esquemas simplificados de sistemas.
Una de estas soluciones de sistemas se refiere a
un sistema de energía típico de a bordo para un vehículo con cuatro
propulsores, llevando cada uno de estos propulsores un generador de
corriente trifásica con engranaje de velocidad constante
(integrated drive generator) que en el caso normal emite energía
eléctrica a la barra colectora de corriente trifásica (AC BUS)
asignada al mismo. En el caso del fallo de uno o varios de estos
propulsores o de uno o varios generadores (asignados a los
propulsores), (sólo) existe la posibilidad de desconectar (aislar)
estos últimos de la correspondiente barra colectora principal,
alimentada por el generador, mediante un conmutador de barra
colectora (pospuesto a los generadores).
Las barras colectoras principales, alimentadas
por generador, están interconectadas transversalmente
(horizontalmente) mediante otras barras colectoras desconectables.
Por tanto, entonces (en caso de una avería de un propulsor o del
fallo de generadores aislados), los consumidores eléctricos
importantes son alimentados transversalmente de potencia eléctrica,
a través de los conmutadores de barra colectora entre las otras
barras colectoras, siendo aprovisionados por tanto por la barra
colectora principal correspondiente, alimentada por generador. Como
se sabe, dentro de este tipo de sistemas de energía están
integrados aparatos que trabajan como generador de corriente de
emergencia dentro del sistema de red eléctrica de a bordo. Estos
aparatos [CSMG (constant speed motor generator)] permiten
transformar energía hidráulica en energía eléctrica que se
suministra a una barra colectora de corriente trifásica [AC ESS
(essential)] para alimentar consumidores especialmente críticos. La
energía primaria para un generador de corriente de emergencia de
este tipo (considerado en la solución de sistema presentada) se
toma de uno de los (tres) sistemas hidráulicos (instalados) a los
que es facilitada energía hidráulica o bien por las bombas
hidráulicas accionadas por el propulsor, o bien por una turbina de
presión dinámica [RAT (Ram Air Turbine)] con bomba hidráulica
acoplada. La necesidad de la facilitación de energía eléctrica de
emergencia por el generador de corriente de emergencia puede
activarse (en caso de necesidad) definitivamente por errores
múltiples (fallo de todos los generadores asignados a los
propulsores, fallos combinados de errores de propulsores y de
generadores, el fallo temporal de cada uno de los cuatro
propulsores). La solución de sistema tiene en cuenta que al
aparecer este tipo de errores (aislados) en situaciones de
emergencia, una barra colectora de seguridad, adicional, realice
alternativamente la alimentación de (al menos) dos barras
colectoras de corriente trifásica conectadas (alimentadas
transversalmente), a través de un conmutador multidireccional, la
cual es alimentada entonces con la energía eléctrica de emergencia
(facilitada por el generador de corriente de emergencia).
Según la solución presentada, la instalación de
energía hidráulica de a bordo del vehículo consta de tres sistemas
hidráulicos independientes, dos de los cuales son alimentados de
forma primaria por una bomba hidráulica accionada por un propulsor.
Estas bombas de emplean generalmente con regulación de presión
constante. Para disponer, en caso de fallos múltiples de
propulsores y/o de bombas h hidráulicas accionadas por el propulsor
(comparables a las combinaciones descritas en el caso del
suministro de energía eléctrica en situaciones de emergencia), de
un mínimo de energía hidráulica, en la turbina de presión dinámica
está instalada una bomba hidráulica que en caso de emergencia (caso
de necesidad) alimenta energía hidráulica a la red hidráulica de un
sistema hidráulica independiente (uno de los tres sistemas).
Además, en cada sistema hidráulico independiente
están instaladas adicionalmente bombas hidráulicas con regulación
de presión, accionadas respectivamente por un electromotor
(típicamente, un motor asincrónico de corriente trifásico)
alimentado por una de las barras colectoras eléctricas. Estas
bombas hidráulicas adicionales (accionadas por electromotor)
sirven, generalmente, para la alimentación de potencia de los
sistemas hidráulicos del vehículo aparcado, cuando las bombas
hidráulicas accionadas por propulsores o los
propulsores(individuales o todos) no están en
funcionamiento, es decir, principalmente durante trabajos de
mantenimiento o en condiciones de servicio de prueba. Con una
configuración correspondiente, sin embargo, también pueden servir
para garantizar durante el funcionamiento normal (del vehículo) un
apoyo de potencia (en caso de una elevada necesidad de potencia
hidráulica) o para, en caso del fallo de las bombas hidráulicas del
mismo sistema accionadas por los propulsores, alimentar dicho
sistema con energía hidráulica facilitada adicionalmente. Esta
situación, en dos de los sistemas hidráulicos independientes, que
están equipados sólo con una bomba hidráulica accionada por un
propulsor, está muy orientada a la práctica. Además, a los sistemas
hidráulicos (respectivamente entre dos de ellos) puede estar
conectada una unidad de transferencia de potencia hidráulica [PTU
(power transfer unit)] que se pueda emplear alternativamente a las
bombas hidráulicas (accionadas por electromotor) adicionales,
instaladas. Una unidad de transferencia de potencia de este tipo
permite la alimentación transversal bidireccional de un sistema
hidráulico independiente con exceso de potencia a otro sistema
hidráulico (por lo demás independiente) con alimentación
deficiente, por ejemplo presión baja o necesidad elevada de
potencia. Además, se realiza una transformación de la corriente
trifásica que dos de los generadores de corriente trifásica,
accionadas por propulsor, alimentan por separado a las barras
colectoras principales conectadas con ellos, con una unidad de
transformación/rectificación, conectada individualmente a la barra
colectora principal correspondiente. La unidad de
transformación/rectificación individual alimenta la barra colectora
de corriente continua conectada (DC BUS) con corriente
continua.
Otras soluciones de sistema conocidas se refieren
a un sistema de energía de a bordo típico para un vehículo con dos
propulsores, llevando también cada uno de estos propulsores un
generador de corriente trifásica con engranaje de velocidad
constante integrado (integrated drive generator) que en el caso
normal emite energía eléctrica a la barra colectora de corriente
trifásica (AC BUS) asignada. Las dos soluciones que se describirán
a continuación también se refieren a un sistema de energía de a
bordo con tres sistemas hidráulicos independientes, pero al
contrario de la configuración del sistema antes mencionado con
cuatro propulsores y cuatro barras colectoras de corriente
trifásica, aquí existen dos propulsores y dos barras colectoras de
corriente trifásica. Ambas soluciones de sistema presentan en las
distintas técnicas de aparatos: "Bombas hidráulicas, generadores
de propulsor, una bomba hidráulica accionada por presión dinámica,
un generador de corriente de emergencia etc.", unos elementos
idénticos que en estas soluciones de sistema están conectados de
forma distinta en cuanto a la alimentación de los tres sistemas
hidráulicos independientes o de las dos barras colectoras
principales de corriente trifásica y de la barra colectora de
corriente trifásica, crítica para la seguridad.
Otra solución de sistema prevé que cada uno de
los propulsores propulse dos bombas primarias hidráulicas, con
regulación de presión constante, y un generador principal. Para el
funcionamiento en tierra de los sistemas hidráulicos asimismo están
previstas una bomba de presión constante, accionada por
electromotor, y una bomba accionada por turbina de presión dinámica
para la alimentación hidráulica de emergencia. Entre dos barras
colectoras de corriente trifásica también puede alimentarse
transversalmente potencia eléctrica en caso del fallo de un
generador principal, mediante el cierre de un conmutador de barra
colectora. La siguiente transformación de la corriente trifásica
(que sale de las barras colectoras principales) se realiza con una
unidad de transformación/rectificación (análoga a la solución de
sistema mencionada en primer lugar), alimentando dos de estas
unidades las barras colectoras de corriente continua conectadas con
potencia de corriente continua. La alimentación alternativa de la
barra colectora de corriente trifásica, crítica para la seguridad,
a través de un conmutador multidireccional también se realiza de
forma análoga a la solución de sistema mencionada en primer lugar.
La alimentación de dicha barra colectora de corriente trifásica,
crítica para la seguridad, también queda garantiza en caso del
fallo de los generadores principales, por un generador de corriente
de emergencia con energía procedente de un sistema hidráulico
central. En el caso de un fallo completo (aquí doble) del propulsor
o de errores de combinación de una bomba hidráulica accionada por
propulsor y el fallo del segundo propulsor, a través de una turbina
de presión dinámica con bomba hidráulica acoplada, es posible
facilitar al sistema central hidráulico energía de emergencia y por
tanto también generar energía eléctrica de emergencia.
Una última solución de sistema conocida para un
vehículo con dos propulsores tiene una arquitectura similar (a la
segunda solución de sistema). Las diferencias esenciales (en
comparación con la segunda solución de sistema) consisten en que
cada propulsor propulsa sólo una bomba hidráulica, estando asignada
cada bomba a un sistema hidráulico independiente. Una bomba
hidráulica accionada por electromotor suministra de forma primaria
energía hidráulica a un tercer sistema hidráulico (también durante
el funcionamiento normal). A este (tercer) sistema hidráulico está
conectada a su vez una bomba hidráulica accionada por presión
dinámica. El tercer sistema hidráulico propulsa en caso de
emergencia un motor hidráulico acoplado mecánicamente con un
generador de corriente de emergencia. Entonces, este último
alimenta la barra colectora de corriente trifásica, crítica para la
seguridad, con energía eléctrica de emergencia. Asimismo, es
específico del sistema el uso de la unidad de transferencia de
potencia hidráulica (antes mencionada) que permite alimentar
potencia hidráulica entre los sistemas hidráulicos independientes
entre sí, opcionalmente en ambas direcciones. Como se sabe (tal
como se indica en la primera solución de sistema) sustituye una
bomba hidráulica, accionada por electromotor, en el sistema
hidráulico.
Resumiendo, se puede constatar que cada una de
las tres soluciones de sistema conocidas (y contempladas
detalladamente) para los sistemas de energía hidráulica y eléctrica
de a bordo de vehículos, que por razones de seguridad están
realizadas de forma múltiple (redundante), presentan los siguientes
sistemas parciales o aparatos, de funciones y objetivos idénticos,
(posiblemente sólo) en distintas formas de conexión y de asignación
con los distintos sistemas hidráulicos o las barras colectoras
(eléctricas). Por tanto, varias bombas hidráulicas con regulación
de presión, accionadas por electromotor, se usan para generar la
energía hidráulica necesaria para el funcionamiento normal en
tierra o el funcionamiento alternativo, que en casos aislados se
usan también como bomba primaria durante el funcionamiento normal o
se conectan alternativamente. Entonces, la energía eléctrica se
transforma en energía mecánica (de ondas o de accionamiento), con
la que se accionan las bombas hidráulicas que trabajan de forma
monofuncional. Además, estos sistemas de energía de a bordo se
hacen funcionar con un generador de corriente de emergencia, que
trabaja de forma monofuncional, para obtener con su ayuda energía
eléctrica en caso del fallo de los generadores primarios eléctricos
(generadores principales), a partir de la energía hidráulica
facilitada por( al menos uno de) los sistemas hidráulicos. Además,
cada uno de los propulsores considerados en el concepto de sistema
lleva al menos un generador de corriente trifásica y una bomba
hidráulica, considerando la segunda solución de sistema mencionada
incluso dos bombas hidráulicas por propulsor. De esta forma, mejora
la redundancia de los propulsores existentes -también a favor de la
mejor disponibilidad de fuentes de energía primaria hidráulicas y
eléctricas (generadores y bombas)- por su cantidad (por solución de
sistema).
Un sistema de transformación de potencia según el
preámbulo de la reivindicación 1 se conoce por el documento
US-A-4754940.
En comparación, las soluciones de sistema
contempladas comprenden un gran número de sistemas parciales (de
función parcial) para garantizar, por razones de la seguridad
requerida del sistema, una disponibilidad permanente de la energía
hidráulica y eléctrica en el sistema correspondiente y al mismo
tiempo también una alta fiabilidad de alimentación de los dos
sistemas de energía. Ello influye negativamente en el gasto de
instalación y al mismo tiempo en el peso del vehículo, así como en
los gastos de servicio (consumo de carburante, gastos de
mantenimiento y de reparación). Además, se indica que ninguna de
las soluciones de sistema mencionadas prevé el aprovechamiento de
las posibilidades de alimentación transversal bidireccional del
sistema de energía hidráulica y eléctrica, ni contiene ninguna
sugerencia de realizar un concepto de sistema de este tipo.
Por consiguiente, la invención tiene el objetivo
de configurar un sistema convertidor de potencia genérico de tal
forma que permita realizar las soluciones de sistema conocidas con
un menor número de sistemas parciales (de funcionamiento parcial),
garantizándose un nivel de seguridad constante o mayor del sistema
de energía hidráulica o eléctrica de a borde de un vehículo (en
comparación con las soluciones de sistema conocidas). Con el
sistema convertidor de potencia se pretende conseguir que la
potencia total instalada se reduzca por el aprovechamiento de las
posibilidades de alimentación transversal bidireccional de energía
hidráulica o eléctrica al sistema de energía correspondiente. Al
mismo tiempo, con el sistema convertidor de potencia debe realzarse
una administración de potencia, controlada según las necesidades,
de la energía hidráulica y eléctrica a bordo del vehículo,
contribuyendo su integración a reducir los costes de producción y
de servicio del sistema de energía de a bordo, incluyendo la
reducción de peso del vehículo.
Este objetivo se consigue mediante las medidas
indicadas en la reivindicación1. En las demás reivindicaciones
subordinadas se indican algunas variantes y realizaciones
convenientes de dichas medidas.
La invención se describe detalladamente en un
ejemplo de realización con la ayuda de los dibujos adjuntos.
Muestran:
la figura 1 sistemas de alimentación y de
generación de energía hidráulica y eléctrica típicos, conocidos,
de un avión de transporte con cuatro propulsores;
la figura 2 sistemas de alimentación y de
generación de energía hidráulica y eléctrica típicos, conocidos,
de un avión de transporte con cuatro propulsores,
la figura 3 sistemas de alimentación y de
generación de energía hidráulica y eléctrica típicos, conocidos,
de un avión de transporte con cuatro propulsores,
la figura 4 el diagrama de bloques del sistema
convertidor de potencia para la transformación bidireccional entre
energía hidráulica y eléctrica con conexión de los sistemas de
energía a alimentar y conexión con el cockpit de un vehículo,
la figura 4a la representación detallada del
sistema convertidor de potencia
hidráulica-eléctrica, bidireccional, según la
figura 4;
la figura 5 el sistema convertidor de potencia
hidráulica-eléctrica, bidireccional, con una alta
calidad de la regulación de velocidad del hidromotor,
la figura 6 la representación simplificada del
sistema convertidor de potencia
hidráulica-eléctrica, bidireccional, según las
figura 4a o 5;
la figura 7a la modalidad "electrobomba" del
sistema convertidor de potencia bidireccional;
la figura 7b la modalidad "generador
alternativo o de emergencia" del sistema convertidor de
potencia;
la figura 7c el sistema convertidor de potencia
bidireccional en un sistema hidráulico alimentado de forma primaria
por una electrobomba, con una turbina de presión dinámica;
la figura 8a sistemas de alimentación y de
generación de energía hidráulica y eléctrica, según la figura 3,
empleando sistemas convertidores de potencia
hidráulica-eléctrica bidireccional;
la figura 8b sistemas de alimentación y de
generación de energía hidráulica y eléctrica, según la figura 2,
empleando sistemas convertidores de potencia
hidráulica-eléctrica bidireccional;
la figura 8c sistemas de alimentación y de
generación de energía hidráulica y eléctrica, según la figura 1,
empleando sistemas convertidores de potencia
hidráulica-eléctrica bidireccional;
Como se sabe, a bordo de aviones se requieren
fuentes de energía eléctrica e hidráulica de emergencia y
alternativas, que en la actualidad se realizan con convertidores de
energía (bombas, generadores) instalados de forma múltiple. Se
emplean bombas hidráulicas de accionamiento eléctrico o generadores
de emergencia de accionamiento hidráulico, integrados en las
soluciones de sistema conocidos (y mencionados en la parte de
introducción) según las figuras 1 a 3. En comparación con estas
soluciones de sistema que constituyen unos sistemas típicos de
generación y de alimentación de energía hidráulica y eléctrica de
un avión con cuatro propulsores (según la figura 1) y con dos
propulsores (según las figuras 2 y 3), a continuación se describen
mejoras de dichas soluciones, con las que se eliminan sus defectos
adherentes (y criticados anteriormente). Por la descripción inicial
(detallada) de dichas soluciones de sistema realizados en la
actualidad en los aviones se renuncia a más descripciones
(relativas a estas soluciones). El experto sabrá evaluar sin
problemas, con la ayuda de las indicaciones de referencia adjuntas
(en correlación de los medios integrados en el sistema y su
interconexión), las soluciones de sistema conocidos según las
figuras 1 a 3 (en correlación de la parte de introducción de la
descripción).
A continuación, se describirá detalladamente la
estructura y el funcionamiento del sistema convertidor de potencia
bidireccional, con la ayuda de las figuras 4 a 8c.
En la figura 4 está representado el sistema
convertidor de potencia para la transformación bidireccional entre
energía hidráulica y eléctrica en un diagrama de bloques. El
"sistema convertidor de potencia" constituye con la totalidad
de sus medios y su cooperación referida al sistema, un (llamado)
"sistema convertidor de potencia
hidráulica-eléctrica" que trabaja de forma
bidireccional y que a continuación se denominará CPHE, que
(considerado de forma funcional) transforma energía eléctrica en
energía hidráulica o, viceversa, energía hidráulica en energía
eléctrica. Se compone de un sistema parcial hidráulico 12 y de un
sistema parcial eléctrico 13 que están interconectados, en cuanto
al mecanismo giratorio, a través de un engranaje o de un árbol 14,
refiriéndose las demás descripciones (generalmente) a la conexión
de árboles de los sistemas.
El sistema parcial hidráulico 12 se compone,
sustancialmente, de una unidad hidráulica de motor/bomba entre la
que forma parte (como componente característico) una máquina
hidráulica (de desplazamiento) 15 que presenta al menos un elemento
de máquina previsto para el acoplamiento mecánico de los árboles y
alojado de forma rotatoria.
La pieza central del sistema parcial eléctrica 13
está constituida por un (llamado) "generador eléctrico de
frecuencia salvaje/motor eléctrico", del que forma parte (como
componente característico) una máquina (sincrónica) eléctrica 20
que presenta al menos un elemento de máquina previsto para el
acoplamiento mecánico de los árboles y alojado de forma
rotatoria.
Los elementos de máquina alojados de forma
rotatoria de la máquina hidráulica y eléctrica 15.20 de los
sistemas parciales hidráulico y eléctrico 12, 13 están acoplados
entre sí de forma mecánica y rotatoria mediante el árbol 14 o en
engranaje, para poder adaptar entre sí los grados de eficacia de
los dos sistemas parciales 12, 13 con la potencia nominal (como
adelanto a las descripciones posteriores).
Del sistema parcial eléctrico 13 forma parte
también una "electrónica combinada de VSCF o de regulación y de
potencia de motor" [VSCF: Variable Speed Constant Frequency],
que (generalmente) constituye una unidad electrónica 22 conectada
eléctricamente con la máquina eléctrica 20.
A la estructura exacta de los sistemas parciales
hidráulico y eléctrico 12, 13 y al modo de acción de los elementos
integrados en los mismos se hará referencia más adelante (en
relación con la figura 4a).
A ambos sistemas parciales 12, 13 (generalmente)
está conectada eléctricamente (a nivel informático) una unidad de
control 26 que ejerce la función de un (llamado) "circuito de
prioridad y de seguridad" con función de vigilancia referida al
sistema. La unidad de control 26 vigila los dos sistemas parciales
12, 13, excitando sobre la base del régimen (actual) registrado o
asignado al sistema de potencia hidráulico (general) 10, que
constituye el conjunto de tuberías de varios conductos
(hidráulicos) formando una red hidráulica central, o al sistema de
distribución eléctrica (general) 3, que constituye el conjunto
eléctrico de varias barras colectoras eléctricas formando una red
central de barras colectoras eléctricas, el sistema parcial
hidráulico o eléctrico 12, 13 (la máquina hidráulica o eléctrica
15, 20), por lo que se realiza la colocación o conmutación
correspondiente de un primer y segundo elemento de conmutación de
régimen 18, 21, integrado en los dos sistemas parciales 12, 13 (y
no representados en la figura 4), activándose una de las funciones
bidireccionales de los dos sistemas parciales 12, 13.
Por tanto, la unidad de control 26 controla el
modo de régimen de los dos sistemas parciales 12, 13
(transformación del tipo de energía absorbida en energía de
rotación emitida de forma rotatoria, mecánica, que se transmite (al
engranaje o) al árbol 14, o absorción de la energía de rotación
transmitida (al engranaje o) al árbol y su transformación en el
tipo de energía necesaria para la red hidráulica o eléctrica de a
bordo (general) de un vehículo.
Por ejemplo, una energía hidráulica, bombeada por
una máquina hidráulica 15, se transfiere (mediante la máquina
hidráulica 15) al sistema de conductos hidráulicos 10 (la red
hidráulica central) conectado a las tuberías del sistema parcial
hidráulico 12.
En caso contrario, por ejemplo, (la energía de
rotación transferida a la máquina eléctrica 20 es transformada por
esta última en energía eléctrica, en donde) la energía eléctrica
facilitada en el lado de la salida a la máquina eléctrica 20 es
suministrada ala unidad electrónica 22. La unidad electrónica 22 se
usa funcionalmente como "electrónica combinada VSCF o de
regulación y de potencia del motor" que constituye la pieza
electrónica de potencia (que se describirá detalladamente más
adelante) del sistema parcial eléctrico 13. La energía eléctrica
emitida por la unidad electrónica 22 (visto en el sentido de flujo
de potencia), procesada, es alimentada entonces, a través del
sistema de distribución eléctrica 3, al sistema de energía
eléctrica del vehículo.
Se menciona que una unidad de control y de
vigilancia electrónica, centralizada (no representada en detalle en
la figura 4) está instalada adicionalmente en el cockpit 99 del
vehículo, que está conectada de forma electroconductiva (a nivel
informático) con un circuito automático (no representado) de la
unidad de control 26. Se añade (como adelanto a las descripciones
siguientes) que una lógica de regímenes de la unidad de control 26,
aparte del circuito automático mencionado que activa
correspondientemente el sistema convertidor de potencia
bidireccional en caso de producirse una pérdida depresión en el
sistema hidráulico (red hidráulica central o sistema hidráulico de
a bordo) o en caso de una caída de tensión en la red eléctrica
(sistema central de barras colectoras eléctricas o sistema
eléctrico de a bordo) en la barra colectora de corriente trifásica,
respondiendo también a comandos emitidos (informaciones emitidas
electrónicamente) de un piloto (generalmente, de un usuario) para
conexiones de prueba y/o par la desconexión del circuito
automático, en cuanto la(s) entrada(s) de comandos de
señal transformada alcance la lógica de regímenes de la unidad de
control 26.
Además, en la figura 4 están representadas las
fuentes primarias que alimentan por separado (cada una) facilitando
distintos tipos de energía (energía hidráulica y eléctrica), que
están unidas por separado de la red hidráulica central y de la red
central de barras colectoras eléctricas (de un vehículo). Una
fuente hidráulica 9 y una fuente eléctrica 2, fijadas a un
propulsor 1 (representado a título de ejemplo), son propulsadas por
este último. Una bomba principal (bomba hidráulica) accionada por
el propulsor, suministra energía hidráulica 10 al sistema de
potencia hidráulica conectado a sus tuberías, recibiendo
(bombeando) el medio hidráulico desde el depósito o el sistema de
reflujo. Un generador de corriente trifásico produce la energía
eléctrica necesaria que alimenta a la red de distribución eléctrica
3 conectada al mismo (y que se puede desconectar por un conmutador
eléctrico). Las dos fuentes principales accionadas por propulsor
pueden distribuirse también (alternativamente) entre varias
fuentes de potencia primaria, integradas en los distintos
propulsores 1 de un vehículo.
En la figura 4a se presenta más detalladamente el
sistema convertidor de potencia que trabaja de forma
bidireccional, transformando energía eléctrica en energía
hidráulica o en el sentido contrario del flujo de potencia, para un
avión representado a título de ejemplo.
Según esta estructura del sistema convertidor de
potencia según la figura 4a, como ya de ha mencionado
anteriormente, cualquiera de las dos máquinas 15, 20 acopladas
mecánicamente a través del árbol 14 o del engranaje puede trabajar
o como motor o como convertidor de potencia mecánica de árbol
(energía de rotación) en potencia eléctrica o hidráulica, con la
conexión correspondiente. En el modo de bomba, la máquina
hidráulica 15 accionada por árbol transforma la potencia mecánica
del árbol en la potencia hidráulica correspondiente, transportada
por bomba. En caso contrario, la máquina hidráulica 15, que absorbe
la potencia hidráulica desde el sistema de potencia hidráulica 10,
produce, en el modo de generador -en el lado de salida de su
elemento de máquina alojado de forma rotatoria- la potencia
mecánica de árbol que se transmite (mecánicamente) a través del
árbol 14 o del engranaje al elemento de máquina alojado de forma
rotatoria de la máquina eléctrica 20. Dicha máquina 20 transforma
-como se ha mencionado anteriormente- la potencia de árbol
absorbida mecánicamente en el modo de generador en potencia
eléctrica. En caso contrario, finalmente, viceversa, la energía
eléctrica absorbida por la máquina eléctrica 20 se transforma en
energía mecánica de árbol (energía de rotación) que transmite su
elemento de máquina alojado de forma rotatoria, en el modo de
motor, en el lado de salida, (mecánicamente) a través del árbol 14,
al elemento de máquina alojado de forma rotatoria de la máquina
hidráulica 15.
El sistema parcial hidráulico 12 según la figura
4a se compone, sustancialmente, de una máquina hidráulica de
desplazamiento ajustable, empleada como máquina hidráulica 15,
especialmente una máquina de émbolos axiales con disco oscilante
15a ajustable, cuyo volumen de elevación es influenciado a través
de un dispositivo de ajuste 16, por ejemplo un émbolo de ajuste o
un ajuste electromecánico, así como de reguladores 17a, 17b
(eléctricos, electrónicos/hidromecánicos) que se pueden conectar
alternativamente y que actúan sobre el mecanismo de ajuste del
dispositivo de ajuste, así como de un primer elemento de
conmutación de régimen 18 conectado (por tuberías) con la máquina
hidráulica de desplazamiento 15.
El primer elemento de conmutación de régimen 18
constituye la función de un grupo de válvulas, compuesto por
ejemplo por la conexión en paralelo de dos válvulas 18a, 18b
conectadas (por tuberías).
Por lo tanto, el grupo de válvulas se compone de
una primera válvula 18a realizada como válvula de retención y una
segunda válvula 18b realizada como válvula de cierre, cuyas
entradas están conectadas (por tuberías) con un punto de
bifurcación 18c (bifurcación de tubería) que constituye la entrada
del sistema parcial hidráulico 12. Las salidas de las dos válvulas
18a, 18b están conectadas (por tuberías) con un segundo punto de
bifurcación 18d (bifurcación de tubería) que está conectado (por
tubería) a la máquina hidráulica de desplazamiento 15.
La primera válvula 18a se pone aquí, por ejemplo
mediante un resorte, en una posición básica pasiva (en la que por
ejemplo aún no está activada eléctricamente), que evita que se
pueda tomar potencia hidráulica desde el sistema de conductos
hidráulicos 10, pero que, al contrario, en esta posición de la
válvula no se estorbe el funcionamiento de bomba de la máquina
hidráulica 15 ,es decir, la transferencia de potencia hidráulica al
sistema de conductos hidráulicos 10. Por tanto, mediante (esta
posición no activada eléctricamente de la primera válvula 18a
mediante) el resorte se evita que se pueda tomar potencia
hidráulica desde el sistema de conductos hidráulicos 10 [más
precisamente: desde el conducto (hidráulico) 98]. Al contrario, en
esta posición es posible que la máquina hidráulica 15 [en el modo
de bomba] pueda alimentar, a través de la primera válvula 18a
(válvula de retención), como bomba, potencia hidráulica al sistema
de conductos hidráulicos 10 [más precisamente: al conducto
hidráulico 98].
La segunda válvula 18b conectada aquí por una
señal (por ejemplo eléctrica) activa el funcionamiento de motor de
la máquina hidráulica 15, de tal forma que sea posible tomar
potencia hidráulica desde el sistema de conductos hidráulicos 10 y
transformarla en potencia mecánica para el sistema parcial
eléctrico 13 o (más precisamente) para la máquina eléctrica 20 (que
se encuentra en el modo de generador).
La misma función que en el grupo de válvulas
(compuesto por las dos válvulas 18a, 18b), representado y descrito
anteriormente, podría conseguirse también mediante una válvula
individual (single valve), empleada alternativamente <una
llamada válvula de retención-desconexión>. En
este caso, la función de la primera válvula 18a se integra en la
posición de cierre de la segunda válvula 18b.
Este sistema parcial hidráulico 12 trabaja como
bomba con regulación de presión (conocida en el estado de la
técnica), cuya disposición de elementos funcionales está
representada (en la figura 4a) por la primera zona de borde 19a, o
como (llamado) motor hidráulico con regulación de velocidad o
regulación secundaria, cuya disposición de elementos funcionales
está representado (en la figura 4a) por la segunda zona de borde
19b.
En ambas disposiciones de elementos funcionales,
los dos reguladores 17a, 17b están conectados por separado y a
nivel informático con el dispositivo de ajuste 16 (por ejemplo con
un émbolo de ajuste). Además, el primer regulador 17a está
conectado con (al menos) un sensor integrado en una bifurcación de
tubería [conectada con el segundo punto de bifurcación 18d y la
máquina de desplazamiento 15]. Asimismo, el segundo regulador 17b
está conectado con (al menos un) sensor que registra de forma
sensitiva (según el ejemplo) el movimiento giratorio (más
precisamente: el número de revoluciones) del árbol 14. Estos dos
reguladores 17a, 17b pueden estar configurados de forma eléctrica,
electromecánica o hidromecánica (es decir aprovechando un medio
hidráulico bajo presión para la transferencia de señales) ,es decir
aprovechar un medio hidráulico bajo presión para la transferencia
de señales.
El primer regulador 17a efectivo trabaja en el
modo de "bomba con regulación depresión" como regulador de
presión que registra de forma sensitiva la presión de salida
p_{o} de la bomba. En este "modo de bomba", la corriente
transportada por la bomba circula, a través de la primera válvula
18a (válvula de retención) al sistema de energía hidráulica, en
donde la segunda válvula 18b cierra -como está representado en la
figura- (dentro del grupo de válvulas).
El segundo regulador 17b efectivo trabaja en el
modo "motor hidráulico con regulación secundaria" como
regulador de velocidad que ajusta o regula el número de
revoluciones del motor n_{H} de la máquina de desplazamiento 15
(en este modo). El modo se establece por la activación de la
segunda válvula 18b en la posición "paso", de forma que se
produzca la afluencia desde el conducto de alta presión 98 hacia el
hidromotor 15.
El segundo regulador 17b que actúa sobre el
mecanismo de ajuste puede ser un regulador hidromecánico que
detecte el número de revoluciones n_{H}. También puede estar
configurado como regulador electrohidráulico con un sensor
eléctrico que realiza la medición del número de revoluciones
n_{H}. Estos dos reguladores 17a, 17b -correlativos con el grupo
de válvulas del primer elemento de conmutación de regímenes 18 a
través de la segunda válvula 18b (válvula de cierre)- están
conectados de forma conmutable con la máquina hidráulica de
desplazamiento 15.
El primer regulador 17a puede ser -para el modo
"bomba con regulación de presión"- un regulador hidromecánico
o electrónico con un elemento de ajuste electrohidráulico, actuando
sobre el dispositivo de ajuste 16 para el disco oscilante 15a.
En una forma de realización como regulador
electrónico, el primer regulador 17a incluye dos posibilidades de
conexión especiales:
a) La primera posibilidad de conexión de este
regulador electrónico es una "conexión de arranque" de la
bomba para poder arrancar rápidamente (es decir: sin cargas) desde
la parada del sistema convertidor de potencia bidireccional. En una
fase de inicial que define la lógica de modalidad de la unidad de
control 26, el disco oscilante 15b se deja en la posición de
elevación cero y, por tanto, sin carga, hasta que se haya alcanzado
aproximadamente un número de revoluciones sincrónico de la máquina
eléctrica 20 del sistema parcial eléctrico 13. Sólo entonces, el
primer regulador 17a se regula a la presión p_{o} deseada.
b) la segunda posibilidad de conexión de este
regulador de presión eléctrico se refiere a la definición de la
presión teórica (es decir: la definición de la presión de
regulación). La presión teórica puede tener o bien un valor
constante que corresponda a la presión nominal p_{o} de las
bombas principales (bombas hidráulicas 9a a 9d) accionadas por
propulsor (representadas en las figuras 8a a 8c). Esta definición
de la presión teórica que corresponde a una (llamada)
característica "flat cut off" de una bomba hidráulica 9a a 9d
se define en el primer regulador 17a a través de la lógica de
modalidad del primer regulador 17a, cuando el sistema convertidor
de potencia bidireccional debe trabajar como bomba hidráulica
auxiliar en caso de necesidad máxima durante el funcionamiento
paralelo de la bomba primaria (bomba hidráulica primaria 9a, 9b,
9c, 9d).
La presión teórica p_{o} puede modificarse
-alternativamente- también en función del caudal transportado por
la bomba, de manera corresponde a la (llamada) característica
"soft cut-off" de las bombas con regulación de
presión. Esta definición de la presión teórica es definida en el
primer regulador 17a, a través de la lógica de modalidad de la
unidad de control 26, preferentemente cuando el sistema convertidor
de potencia bidireccional alimenta, como bomba hidráulica única o
en sustitución de bomba(s) primaria(s) 9a, 9b, 9c, 9d
averiadas, potencia hidráulica al sistema hidráulico y si se debe
limitar de modo más fuerte la potencia máxima del motor necesaria
para ello.
El sistema parcial eléctrico 13 según la figura
4a se compone sustancialmente de la máquina eléctrica 20, del
segundo elemento de conmutación de modalidad 21 y de la unidad
electrónica 22. La máquina eléctrica 20 puede realizarse por
ejemplo como máquina sincrónica de corriente trifásica que trabaja
en el sistema como motor eléctrico o como generador. Además, el
segundo elemento de conmutación de modalidad 21 se realiza con un
dispositivo de conmutación de polos. Aquí, las conexiones de los
componentes electrónicamente/eléctricamente regulables de la
máquina sincrónica y del dispositivo de conmutación de polos (en
general) están conectados a un regulador de tensión. La unidad
electrónica 22 está constituida por un componente electrónico de
potencia conocido que se compone de los siguientes elementos
conectados eléctricamente en serie: rectificador, ondulador y fase
de salida de filtro. Las conexiones (de corriente trifásica) de la
máquina sincrónica están conectadas con las conexiones (de
corriente trifásica) (los contactos de pie del elemento de
conmutación) del dispositivo de conmutación de polos 21. Las
conexiones principales del lado de entrada del rectificador (del
componente electrónico de potencia) están conectados a uno de los
contactos (de corriente trifásica) del elemento de conmutación de
múltiples polos del dispositivo de conmutación de polos 21.
A los otros contactos (de corriente trifásica)
del dispositivo de conmutación de polos 21 dotados de al menos dos
posiciones están conectadas las conexiones conductoras de una
conexión de corriente (trifásica) que -se puede desconectar por
medio de un primer conmutador 23a (de corriente trifásica) y que-
está conectada eléctricamente con una primera barra colectora
eléctrica 3a (de corriente trifásica). De esta forma, también las
conexiones principales del lado de salida de la fase de salida de
filtro (del componente electrónico de potencia) están conectadas
con una conexión (de corriente trifásica) que se puede desconectar
por medio de un segundo conmutador 23b (de corriente trifásica)
estando conectada eléctricamente con una segunda barra colectora
eléctrica 3b (de corriente trifásica). Los dos conmutadores 23a,
23b (de corriente trifásica) también pueden ser idénticos entre sí,
si la conexión se realiza sólo a una barra colectora 3a de forma
idéntica a 3b.
Si la máquina eléctrica 20 debe trabajar como
motor en la red eléctrica, puede resultar ventajoso que la unidad
electrónica 22 (electrónica de potencia y de regulación), que en
este caso de aplicación debe estar constituida por la fase de
rectificador y de ondulador, se use para garantizar una fase de
arranque controlada (regulada) de la máquina eléctrica 20. En este
caso, se debería conmutar el orden de funciones del rectificador y
del ondulador. La fase de rectificador sería alimentada, por tanto,
por el sistema de energía eléctrica, mientras que el ondulador
esté conectado a la máquina eléctrica 20.
Asimismo, se menciona (aquí) que la máquina
eléctrica 20 y/o la red eléctrica de a bordo 3 no tienen que estar
realizadas necesariamente para la corriente trifásica. Es posible
también cualquier máquina eléctrica 20 monofásica que se pueda
emplear, por ejemplo, como motor y generador.
Si la máquina eléctrica 20 y la red de a bordo 3
no están adaptadas entre sí, la unidad electrónica 22 debe estar
conectada, en el modo de bomba, en el sentido contrario (como se ha
descrito anteriormente para un arranque controlado) como
electrónica de regulación y de conmutación para la máquina
eléctrica 20 que trabaja como motor.
Un funcionamiento en la red de tensión alterna
(mono o polifásica) es posible también directamente (en caso de
una potencia poco alta de la máquina eléctrica 20), sin necesidad
de usar una unidad electrónica 22 (de posible funcionamiento
bidireccional).
En caso del funcionamiento en la red de corriente
continua, el ondulador es evitado en el modo de generador
(mediante conmutador). El ondulador se precisa, como máximo, para
la conmutación electrónica en el funcionamiento de motor de la
máquina eléctrica 20, pudiendo suprimirse totalmente en caso de
conmutación mecánica.
Por el dispositivo de conmutación de polos
21,
- que suministra potencia (de corriente
trifásica) (desde el sistema de energía eléctrica) a la máquina
eléctrica 20 [máquina sincrónica (de corriente trifásica)] o
- que alimenta la potencia (de corriente
trifásica) que emite la máquina eléctrica 20 (a través de la unidad
electrónica 22) a la (segunda) barra colectora eléctrica 3b (de
corriente trifásica) (y por tanto al sistema de energía
eléctrica),
la máquina eléctrica 20 trabaja en el sistema
parcial eléctrico
13:
a) o bien, como motor (el dispositivo de
conmutación de polos 21 tiene la posición de conmutación superior,
dibujada en la figura 4a), si a través del primer conmutador 23a se
toma potencia eléctrica de la primera barra colectora 3a,
o
bien
b) como generador (de corriente trifásica) de
tensión U efectiva, constante, y de frecuencia f constante, cuando
el árbol 14 o el engranaje acciona la máquina eléctrica 20 (el
sistema parcial eléctrico 13), suministrando a través del (segundo)
conmutador 23 b potencia eléctrica a la (segunda) barra colectora
3b.
Esta modalidad mencionada, según b), y el estado
de conmutación adoptado por el dispositivo de conmutación de polos
21[los contactos (de corriente trifásica) del elemento de
conmutación polifásico que están conectados con las conexiones
principales del lado de entrada del rectificador y que están
cerrados mediante un elemento de conmutación correspondiente que
está fijado, de forma conductiva y rotatoria, por separado del
contacto de pie correspondiente] corresponde al principio de
funcionamiento conocido de un sistema eléctrico para generar una
tensión y frecuencia constantes con una velocidad de accionamiento
n_{E} variable o inconstante (ingl. VSCF: variable speed constant
frequency).
Para completar, en la figura 4a está dibujado
también el regulador de tensión (regulador U) antes mencionado, que
forma parte del principio de generador conocido.
Estos dos sistemas parciales 12, 13 hidráulico y
eléctrico están conectados mecánicamente a través del engranaje,
preferentemente a través del árbol 14 mencionado, para coordinar el
número de revoluciones n_{H} del motor (de la máquina hidráulica
15) respecto al número de revoluciones de accionamiento n_{g} (de
la máquina eléctrica 20) en el rango de los mejores grados de
acción parcial posibles de ambas máquinas con la potencia
nominal.
El control de regímenes de este sistema
convertidor de potencia bidireccional se realiza por la lógica de
modalidades (lógica eléctrica o electrónica) (descrita
anteriormente en relación con la figura 4 e) integrada en la unidad
de control 26. Registra y procesa las señales de sensor 24a, 24b,
24c conducidas a ella, que corresponden a las magnitudes de
medición registradas de forma sensitiva, que se registran dentro
del sistema de energía hidráulica y eléctrica del avión. Según
ello, se registran al menos la presión del medio hidráulico sobre
los conductos de presión 98 del sistema de conductos hidráulicos 10
y la tensión eléctrica en las barras colectoras eléctricas 3a, 3b
del sistema de distribución eléctrica 3, con la ayuda de sensores
(no representados), y se convierten en una señal de sensor 24a
dependiente de la presión y en al menos una señal de sensor 24b,
24c dependiente de la tensión. La lógica de modalidades convierte
las señales de sensor 24a, 24b, 24c en señales de conmutación
lógicas 25 para excitar los elementos de conmutación de régimen 18,
21 (los diversos dispositivos de conmutación) en los sistemas
parciales 12, 13 para establecer o bien la modalidad de bomba o
bien la modalidad de generador.
Esta lógica de modalidades pueden tener de manera
ventajosa un circuito automático (no representado) que active el
sistema convertidor de potencia bidireccional en caso de una
pérdida de presión en el sistema de energía hidráulica (del avión)
o en caso de una caída de tensión en las barras colectoras 3a, 3b
correspondientes del sistema de distribución eléctrica 3. Además,
existe la posibilidad de que (generalmente: un usuario) el piloto
situado en el cockpit 99 dirija a la lógica de modalidades diversas
informaciones para conexiones de prueba y/o para la desconexión de
su circuito automático, que la lógica de modalidades registra como
señal(es) de entrada 27 procesándolas correspondientemente.
Además, en esta lógica de modalidades se procesan preferentemente
también señales de medición (no representados en la figura 4a)
procedentes del sistema convertidor de potencia bidireccional, que
sirven para la vigilancia del funcionamiento correcto del sistema
parcial hidráulico y/o eléctrico. Entonces, en caso de diferencias
o de valores de sistema inadmisibles de estos parámetros de
medición, se paraliza el circuito automático y se desconecta el
sistema completo.
Con este sistema convertidor de potencia
bidireccional, (según la figura 4a) por ejemplo es posible:
- transformar, durante el servicio de generador,
energía hidráulica en energía eléctrica y alimentarla a la
(segunda) barra colectora 3b, cuyas fuente(s)
eléctrica(s) primaria(s) [llamada(s) fuentes
de potencia primarias o generador(es) primario(s)] o
bien ha(n) fallado o (ya) no realiza satisfactoriamente la
alimentación de todos los consumidores eléctricos por la(s)
barra(s) colectora(s) 3b asignada(s). Para
ello, el vehículo posee al menos un propulsor 1 (no representado)
en estado capaz de funcionar.
- recibir, durante el servicio de bomba, energía
eléctrica desde una barra colectora eléctrica 3a intacta y (después
de su transformación por la conexión por árbol de la máquina
eléctrica 20 con la máquina hidráulica 15) alimentarla como energía
hidráulica al sistema de potencia hidráulica 10.
El sistema convertidor de potencia bidireccional
está conectado siempre con un determinado sistema hidráulico de a
bordo; en la parte eléctrica pueden ser, según la necesidad y el
caso de aplicación, una o varias barras colectoras (3a, 3b)
distintas, que se pueden desconectar (en caso de necesidad) por
conmutadores eléctricos 23a, 23b.
En la figura 5 se representa otra forma de
realización del sistema convertidor de potencia bidireccional.
Aquí, el sistema parcial eléctrico 13 (al contrario de las figuras
4 y 4a) no comprende ninguna unidad electrónica 22 (ningún
componente electrónico de potencia) que sirva para generar una
frecuencia estable incluso en caso de un número de revoluciones
inconstante del árbol 14. Esta solución simplificada del sistema
convertidor de potencia resulta ventajosa, si se puede garantizar
que la regulación del número de revoluciones de la máquina
hidráulica 15 (del hidromotor) sea lo suficientemente exacto
incluso en caso de fuertes variaciones de la carga, para satisfacer
los requerimientos en cuanto a la precisión de frecuencia de la
tensión de salida generada.
Todas las demás características antes mencionadas
y descritas especialmente con la ayuda de la figura 4a del sistema
convertidor de potencia bidireccional son válidas también para esta
realización según la figura 5.
La figura 6 representa de forma esquemática y
simplificada un sistema convertidor de potencia bidireccional 40
definido (aquí descrito), tal como se ha descrito anteriormente y
se ha representado detalladamente en las figuras 4a y 5. En esta
arquitectura se usa para explicar otras formas de realización en
cuanto a la configuración del sistema de energía de a bordo.
La unidad electrónica 22 (electrónica de potencia
y de regulación) es opcional, si la regulación de la máquina
hidráulica 15 (que funciona como hidromotor) cumple en el modo de
generador con los requisitos para una frecuencia de salida
suficientemente exacta y estable de la máquina eléctrica 20 (que
funciona como generador).
Por el sistema convertidor de potencia
bidireccional 40 definido (idéntico) queda más claro su uso
opcional según las figuras 7a y 7b:
- como sustitución de las bombas hidráulicas,
monofuncionales, con accionamiento eléctrico [e integradas en los
sistemas hidráulicos 11a, 11b, 11c independientes, conocidos (según
las figuras 1 a 3)], empleadas por el sistema convertidor de
potencia 40 definido para el servicio durante paradas o en tierra
estando apagado(s) el (los) propulsor(es) 1a o 1b y/o
como bomba auxiliar o alternativa para apoyar o asegurar la
necesidad de potencia hidráulica durante el servicio durante la
marcha o el vuelo en el caso eventual de un fallo de (los)
propulsor(es) 1a ó 1b o (más precisamente) en el caso del
fallo de la bomba hidráulica primaria 9b, accionada por el
propulsor, en el propulsor 1b, tal como está representado en la
figura 7a, y
- como sustitución de los generadores
monofuncionales, con accionamiento hidráulico, e integrados en los
aparatos 6 [conocidos según las figuras 1 a 3 (denominados por
CSMG o que trabajan como generador de corriente de emergencia)] por
el sistema convertidor de potencia 40 para la alimentación de una
barra colectora eléctrica (AC BUS) y la cobertura de los estados de
mayor necesidad en dicha barra colectora, o para la alimentación de
la barra colectora (que como se sabe está integrada en la red de
distribución eléctrica 3 y denominada por AC ESS), que suministra
energía eléctrica a consumidores especialmente críticos, porque
siempre existe el riesgo del fallo de los generadores 2a, 2b, 2c,
2c accionados por propulsor o de una (o varias) barras colectoras
3a, 3b, 3c 3d o de uno (o varios) propulsores 1a, 1b, 1c, 1d,
particularmente en un avión, tal como está representado en la
figura 7b.
Por lo tanto, según la figura 7a, [con el sistema
convertidor de potencia bidireccional 40 definido, considerado en
el circuito] existen las siguientes conexiones eléctricas:
El primer generador 2a (de corriente trifásica)
accionado por propulsor (como una de las fuentes eléctricas de
potencia primaria) está conectado eléctricamente con la primera
barra colectora (de corriente trifásica) 3a (AC BUS) (que se puede
desconectar por medio del primer conmutador 4a), que está conectado
a una línea (de corriente trifásica) unida (según la figura 5) con
otro elemento de conmutación de régimen 21 (integrado en el
sistema convertidor de potencia bidireccional 40 definitivo), por
lo que el sistema convertidor de potencia bidireccional 40 definido
puede alimentarse con energía eléctrica a través de esta unión de
línea [que se puede desconectar por medio del primer conmutador 23
(de corriente trifásica)]. A la máquina hidráulica 15 del sistema
convertidor de potencia 40 está conectado un conducto de presión
98, a través del cual, en caso de un fallo de la bomba hidráulica
9b accionada por propulsor (o del propulsor 1b), se transfiere
energía hidráulica al sistema hidráulico 10.
El circuito según la figura 7b considera además
la barra colectora 3e (de corriente trifásica), designada por AC
ESS, en donde una línea (de corriente trifásica) (adicional) que
está conectada a la barra colectora (de corriente trifásica 3a (AC
BUS) (y que se puede desconectar por medio de un conmutador 23c
adicional), está conectada con la barra colectora (de corriente
trifásica) 3e designada por AC ESS. Mediante la bomba hidráulica
primaria 9b, accionada por propulsor, a través de el (los)
conducto(s) de presión 98, se toma energía hidráulica que
acciona la máquina hidráulica 15. Después del proceso antes
descrito (respecto a las figuras 4 y 4a) de la transformación
bidireccional de la energía hidráulica en energía eléctrica, la
energía eléctrica presente en la salida en el elemento de
conmutación de régimen 21 (según la figura 5) se alimenta a la
barra colectora (de corriente trifásica) 3a (AC ESS). El trayecto
de línea está perturbado (respecto a la energía) a causa de un
supuesto fallo del primer generador de corriente trifásica 2a
accionado por propulsión. El uso del sistema convertidor de
potencia bidireccional 40 definido, descrito según la figura 6, en
lugar
- de una bomba hidráulica monofuncional, con
accionamiento eléctrico, [del sistema hidráulico 11a independiente,
conocido (según las figuras 1 a 3)]
- así como de un aparato 6 monofuncional, con
accionamiento hidráulico [(designado por CSMG o que trabaja como
generador de corriente de emergencia y conocido por las figuras 1 a
3)]
en sistemas hidráulicos que de forma conocida son
alimentados de forma primaria por una bomba hidráulica 9a a 9d con
accionamiento por propulsor, y con los que una fuente de energía
alternativa o de emergencia, por ejemplo una turbina de presión
dinámica (RAT), puede transferir energía hidráulica mediante una
bomba hidráulica 7 acoplada, que a través del [(llamado generador
de emergencia)] del aparato 6 designado por CMSG transforma
también energía eléctrica [véase a este respecto: el segundo
sistema de potencia hidráulico 10b (según la figura 1)], muestra
-en comparación con la solución representada (según la figura 7c)-
su ventaja especial que se consigue con la sustitución de los
medios mencionados (bomba hidráulica monofuncional, con
accionamiento eléctrico, o el aparato CSMG 6 monofuncional, con
accionamiento hidráulico) por el sistema convertidor de potencia 40
definido. Dicha ventaja consiste en que -según la modalidad
conectada [por la posición de conmutación del (segundo) elemento de
conmutación de régimen 21]- el sistema convertidor de potencia 40
trabaja opcionalmente como bomba primaria o como generador de
emergencia.
El circuito según la figura 7c considera que la
máquina hidráulica 15 del sistema convertidor de potencia 40
definido está conectada con un conducto de presión 98 acoplado a la
bomba hidráulica 7 que está acoplada mecánicamente con la turbina
de presión dinámica (RAT). El segundo elemento de conmutación de
régimen 21 del sistema convertidor de potencia 40 está conectado
por separado con la primera barra colectora (de corriente
trifásica) 3a y con la barra colectora (de corriente trifásica) 3e
(AC ESS) (que alimenta a los consumidores eléctricos críticos). Un
conmutador eléctrico multidireccional 8 (representado en versión
monopolar) posee cuatro conexiones eléctricas, estando conectado a
dos conexiones un contacto ponteado. Al contacto ponteado está
conectada una unión de línea eléctrica que está unida con la barra
colectora (de corriente trifásica) 3e. A las conexiones restantes
están conectadas por separado uniones de línea que están unidas
con la primera y la segunda barra colectora de corriente trifásica
3a y 3b.
La primera barra colectora (de corriente
trifásica) eléctrica 3a está conectada, mediante una unión de línea
(desconectable) con el generador 2a accionado por propulsor. Por
consiguiente, existen las siguientes posibilidades, según las
cuales (con la conexión correspondiente de la modalidad) la bomba
hidráulica 7, accionada por turbina de presión dinámica, de la
máquina hidráulica 15 transfiere energía hidráulica que –como se ha
descrito anteriormente- es transformada por el sistema convertidor
de potencia bidireccional 40 en energía eléctrica con la que la
barra colectora 3e y -con la posición de conmutación
correspondiente del conmutador multidireccional 8- también la barra
colectora 3a ó 3b son alimentadas en caso de un posible fallo del
generador 2a. En caso de una falta de energía hidráulica en al red
hidráulica central, (con la conexión correspondiente de la
modalidad) la energía eléctrica obtenida del generador 2a accionado
por propulsor, es alimentada a través de la unión de barra
colectora 3a o 3e correspondiente, tal como se ha descrito
anteriormente, al sistema convertidor de potencia bidireccional 40
definido. La máquina eléctrica 20 transforma la energía eléctrica
en un movimiento giratorio mecánico que se transmite, a través del
árbol 14 o del engranaje, a la máquina hidráulica 15 acoplada. Como
consecuencia, la máquina hidráulica 15 transfiere la energía
hidráulica a la red hidráulica central 10.
Es obvio que en los sistemas globales de energía
hidráulica y eléctrica de a bordo de vehículos (de todo tipo),
especialmente de aviones, en función del caso de aplicación pueden
aplicarse también combinaciones de los principios básicos antes
mencionados para el uso del sistema convertidor de potencia
bidireccional, para eliminar los inconvenientes conocidos de los
conceptos de sistema según las figuras 1 a 3.
Los esquemas de sistema según las figuras 8a, 8b,
8c representan ejemplos de alternativos a las soluciones de
sistema típicas, conocidas, según las figuras 1 a 3, tal como se
pueden modificar mediante el uso de sistemas convertidores de
potencia bidireccionales.
Según la figura 8a -en comparación a la solución
según la figura 3- todas las bombas hidráulicas con accionamiento
eléctrico de los sistemas hidráulicos 11a, 11b independientes
conocidos (según las figuras 1 a 3), así como de la unidad e
transferencia de potencia hidráulica 121 (PTU) están sustituidos
por los sistemas convertidores de potencia 40a, 40b, 40c. Estos
tienen todos al mismo tiempo la función de un generador eléctrico
(de corriente trifásica) alternativo o de emergencia.
La ventaja adicional reside en el ahorro de una
máquina convencional, en este caso el aparato 6 designado por CSMG
(con generador de corriente de emergencia integrado) -en
comparación con la solución según la figura 3- con una
disponibilidad sensiblemente mejorada (es decir: una probabilidad
reducida de fallos) de potencia eléctrica.
Al mismo tiempo, durante el viaje o el vuelo y
con una necesidad máxima elevada de potencia, es posible, o
bien
- hacer funcionar, en las barras colectoras
eléctricas 3a, 3b, los sistemas convertidores de potencia
bidireccionales 40b, 40c como generadores auxiliares, obteniendo la
potencia de los sistemas hidráulicos 10b, 10c correspondientes,
o
bien
- hacer funcionar, en los sistemas hidráulicos
10b, 10c, los sistemas convertidores de potencia bidireccionales
40b, 40c como bombas auxiliares, obteniendo la potencia de las
barras colectoras eléctricas 3a, 3c correspondientes.
Estas variantes de solución pueden aplicarse de
manera ventajosa, cuando la necesidad máxima de potencia eléctrica
e hidráulica por los sistemas consumidores correspondientes no se
produce al mismo tiempo durante el funcionamiento normal. Así, es
posible proporcionar la potencia hidráulica o eléctrica que no
puede ser facilitada por las fuentes de energía primarias (bombas
hidráulicas 9a, 9b o generadores 2a, 2b). Por otra parte, es
posible, considerar esta potencia eléctrica o hidráulica, generable
a través de los sistemas convertidores de potencia bidireccionales
40b, 40c, al concebir los sistemas de energía eléctrica o
hidráulica. La ventaja consiste entonces en la posible reducción de
las potencias nominales a instalar de los generadores primarios 2a,
2b y de las bombas primarias 9a, 9b con la misma necesidad de
potencia máxima, es decir, con el mismo peso y los mismos
costes.
Según la figura 8b, todas las bombas 11a a 11c
con accionamiento eléctrico (según la figura 2) están sustituidas
por sistemas convertidores de potencia bidireccionales 40a a 40c.
Aquí, al mismo tiempo, por cada propulsor 1a, 1b está instalada
sólo una bomba primaria 9a, 9b con aproximadamente la doble
potencia nominal, es decir, el doble caudal transportado, en
comparación con la solución de sistema conocida, según la figura 2.
La solicitación del propulsor por la potencia de árbol tomada para
el accionamiento de las bombas y los generadores no cambia por
ello.
Todos los sistemas convertidores de potencia 40a
a 40c pueden hacerse funcionar o bien como bombas con
accionamiento eléctrico, o bien como generador de corriente
alternativo o de emergencia.
Las ventajas de una solución de sistema de este
tipo con sistemas convertidores de potencia bidireccionales 40a a
40c según la figura 8b en comparación con la solución comparativa
conocida, según la figura 2, son las siguientes:
- están disponibles dos sistemas hidráulicos 10a,
10b con la doble potencia hidráulica: en el sistema conocido,
según la figura 2, está disponible sólo el sistema hidráulico 10b
medio con esta potencia;
- (en un avión típico) se suprimen las tuberías
y, por tanto, el peso de la instalación de un sistema hidráulico
10b según la figura 2 desde el compartimiento del tren de
aterrizaje hacia las dos bombas 9b, 9c accionados por
propulsor;
- se puede suprimir el aparato CSMG 6 (el
generador de corriente de emergencia) según la figura 2;
- la disponibilidad de potencia eléctrica o
hidráulica mejora claramente por los sistemas convertidores de
potencia bidireccionales 40a a 40c, es decir que se reducen sus
posibilidades de fallo;
- al mismo tiempo (y como ya se ha explicado en
contexto con la solución de sistema según la figura 8a), es
posible cubrir las necesidades máximas más elevadas de potencia en
determinadas fases de vuelo en las barras colectoras eléctricas o
en los sistemas hidráulicos mediante la conexión correspondiente de
los sistemas convertidores de potencia 40a a 40c, o aprovechar esta
posibilidad ya al diseñar el sistema para ahorrar peso y gastos
por las menores potencias nominales instalados de las bombas o los
generadores.
Según la figura 8c, todas las bombas 11a a 11c
con accionamiento eléctrico (según la figura 1) se han sustituido
por sistemas convertidores de potencia bidireccionales40a a 40c. Al
mismo tiempo, aquí, en sólo dos propulsores 1a, 1d está instalado
respectivamente un generador 2a, 2c con aproximadamente la doble
potencia nominal (en comparación con la solución típica, conocida,
según la figura 1). En los otros dos propulsores 1b, 1c están
montadas respectivamente dos bombas 9a, 9b o 9c, 9d. La solicitación
del propulsor por la potencia de árbol tomada para el accionamiento
de las bombas y de los generadores no cambia respecto ala solución
de sistema conocida, según la figura 1.
Todos los sistemas convertidores de potencia 40a
a 40c pueden hacerse funcionar o bien como bombas con
accionamiento eléctrico, o bien como generador de corriente
alternativo o de emergencia.
Las ventajas de una solución de sistema de este
tipo con sistemas convertidores de potencia bidireccionales 40a a
40c (según la figura 8c), frente a la solución comparativa
conocida, según la figura 1, son:
- con las mismas potencias nominales, eléctricas
o hidráulicas, disponibles, en las barras colectoras eléctricas
3a, 3d o en los sistemas hidráulicos 10a a 10c se pueden suprimir
las tuberías para dos bombas entre el propulsor interior y el
propulsor exterior, así como (en un avión típico) el cableado para
dos generadores desde el fuselaje hacia los propulsores internos
1b, 1c, y por tanto se ahorra peso y gastos;
- se puede suprimir el aparato CSMG 6 (el
generador de corriente de emergencia) según la figura 1;
- la disponibilidad de potencia eléctrica o
hidráulica mejora sensiblemente por los sistemas convertidores de
potencia bidireccionales 40a a 40c, es decir que se reducen las
posibilidades de fallo de los dos tipos de potencia;
- al mismo tiempo (ya como ya de ha explicado en
contexto con las soluciones de sistema según las figuras 8a y 8b),
es posible cubrir la necesidad máxima o elevada de potencia en
determinadas fases de servicio en las barras colectoras o en los
sistemas hidráulicos mediante una conexión correspondiente de los
sistemas convertidores de potencia 40a a 40c o aprovechar esta
posibilidad ya al diseñar el sistema para ahorrar peso y gastos por
las menores potencias nominales instaladas de las bombas
principales o los generadores principales.
Resumiendo, se añade que con el sistema
convertidor de potencia bidireccional se proporciona un sistema de
conversión de energía entre la alimentación hidráulica y eléctrica
de emergencia, que se puede usar en la construcción de vehículos en
general, y que no sólo está indicado para el uso en aviones para
lograr las ventajas descritas. Por lo tanto, el sistema convertidor
de potencia de funcionamiento bidireccional, que se ha presentado,
puede asumir las funciones de las bombas hidráulicas y los
generadores hidráulicos-eléctricos alternativos o
de emergencia (que en la actualidad se están empleando
principalmente en la construcción aeronáutica).
En líneas generales, el sistema se compone de un
motor hidráulico, que también puede funcionar como bomba, y de un
generador/motor eléctrico, conectado por engranaje o árbol. Un
convertidor genera, en el modo de corriente de emergencia, a partir
de la tensión trifásica de frecuencia variable del generador, una
tensión de a bordo de frecuencia constante. En caso de necesidad de
potencia hidráulica, este ordenador puede alimentar el electromotor
con regulador de velocidad como convertidor alimentado por la red
de a bordo, para accionar la bomba hidráulica. La electrónica de
control y de del convertidor (realizada eventualmente de forma
bidireccional) se basa en semiconductores de potencia altamente
integrados. Además de la función de conversión que como tecnología
VSCF (VSCF: Variable Speed-Constant Frequency)
conducen en los generadores al ahorro de la regulación
hidromecánica del número de revoluciones, la electrónica de
potencia puede aprovecharse también para la regulación del motor
para garantizar, en caso de una necesidad adicional o de
emergencia de energía hidráulica, un arranque regulado de la
máquina eléctrica.
El uso de un sistema convertidor de potencia
bidireccional permite unas arquitecturas de energía eléctrica e
hidráulica de a bordo que, en comparación con las soluciones de
sistemas conocidas, consiguen una fiabilidad comparable o superior,
con un ahorro de componentes. Además, en comparación con las
soluciones de sistemas conocidas - se reducen el peso, la
complejidad, los gastos de mantenimiento y, por tanto, también los
costes de producción y de servicio. Asimismo, los sistemas
convertidores de potencia bidireccionales de este tipo pueden
emplearse también para la compensación de picos de necesidad de
potencia, mientras que los conceptos de gestión de potencia
conocidos o bien se refieren sólo al tipo de energía, o bien prevén
componentes propios para cada sentido de conversión entre los
distintos tipos de energía.
Con el sistema convertidor de potencia
bidireccional descrito, la energía eléctrica se convierte en
(mecánica y la mecánica en) hidráulica (y viceversa) en sus
entradas y salidas, y se transfiere según la necesidad de energía o
potencia. Con la ayuda de esta solución, incluyendo las formas de
realización presentadas, pueden integrarse tecnológicamente fuentes
de energía eléctrica e hidráulica de emergencia y alternativas que,
como se sabe, en la actualidad se están realizando (en la
construcción aeronáutica) mediante convertidores de energía
individuales (bomba hidráulica con accionamiento eléctrico o
generador de corriente hidráulica de emergencia con accionamiento
hidráulico).
Una mayor necesidad de energía hidráulica y
eléctrica se puede esperar, generalmente, en los vehículos
terrestres, acuáticos y aéreos modernos, que se producirá con el
tiempo con la extensión prevista al alcance de los transportes y
las reducciones de peso deseadas de los vehículos. En los aviones
comerciales y de transporte modernos, especialmente a bordo de
grandes aviones (los futuros aviones de gran capacidad o aviones de
múltiples plantas), se puede pronosticar esta necesidad que
aumentará de forma desproporcionada con el crecimiento de los
aviones. Por lo tanto, en el futuro habrá que realizar sistemas de
energía que realicen una compensación de los picos de carga de la
red de a bordo, en cuanto al tiempo y a las fuentes. Este objetivo
se puede realizar con sistema convertidor de potencia bidireccional
presentado e integrado en un sistema moderno de gestión de
potencia, ya que los sistemas conocidos, considerando las
redundancias necesarias, están concebidos sólo a las potencias
máximas eléctricas y/o hidráulicas.
Claims (42)
1. Sistema convertidor de potencia para la
transformación de distintos tipos de energía para la alimentación
de sistemas de energía de un vehículo, que transfiere
bidireccionalmente la potencia entre un sistema hidráulico de a
bordo y un sistema eléctrico de a bordo, estando asignadas al
sistema hidráulico de a bordo fuentes hidráulicas (9) que alimentan
a un sistema de conductos hidráulicos (10) con consumidores
hidráulicos conectados, y estando asignadas al sistema eléctrico de
a bordo fuentes eléctricas (2) que alimentan a un sistema de
distribución eléctrica (3) con consumidores eléctricos conectados,
estando constituido el sistema convertidor de potencia por un
sistema parcial hidráulico y un sistema parcial eléctrico (12, 13),
entre los que se produce una transferencia de potencia
bidireccional, y que presentan respectivamente una máquina (15,
20), cuyos elementos de máquina alojados de forma rotatoria están
acoplados mecánicamente entre sí, estando conectado el sistema
parcial hidráulico (12) con el sistema de potencia hidráulico (10)
y estando conectado el sistema parcial eléctrico (13) con el
sistema de distribución eléctrica (3), caracterizado porque
a los dos sistemas parciales (12, 13) está conectada una unidad de
control (26) que sobre la base del régimen registrado y asignado al
sistema de potencia hidráulico (10) o al sistema de distribución
eléctrica (3) excita las máquinas (15, 20), por lo que se realiza
el ajuste o la conexión correspondiente de un elemento de
conmutación de régimen (18, 21) integrado respectivamente en los
dos sistemas parciales (12, 13), y se activa una de las dos
funciones bidireccionales de los sistemas parciales (12, 13).
2. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 1, caracterizado porque los elementos de las
dos máquinas (15, 20) están acoplados mecánicamente por un árbol o
un engranaje para coordinar los números de revoluciones de los dos
sistemas parciales (12, 13) o los grados de acción de los sistemas
parciales (12, 13) en caso de potencia nominal.
3. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 1, caracterizado porque el sistema parcial
hidráulico (12) está realizado con una máquina hidráulica (15) y
con un primer elemento de conmutación de régimen (18) que están
conectados entre sí por otra tubería, y con una unidad de control y
de regulación (17), estando conectado al primer elemento de
conmutación de régimen (18), como elemento hidráulico, otra tubería
que integra al menos un sensor de presión (24a) que registra de
forma sensitiva la presión del medio hidráulico que circula, y
transmitiéndola en forma de señales, a través de otra línea de
transferencia, conectada a la unidad de control (26), a esta última
para su siguiente procesamiento, estando conectada dicha tubería
con los conductos de presión del sistema de conductos hidráulicos
(10), y estando conectada a la máquina hidráulica (15) una tubería
adicional unida con uno de los conductos de aspiración hidráulicos,
conectados con el depósito, o con los conductos de relujo del
sistema de conductos hidráulicos (10), y estando conectada a la
unidad de control y de regulación (17) otra línea de transferencia
conectada con otro sensor de presión que registra de forma
sensitiva la presión del medio hidráulico que circula por la otra
tubería, transmitiéndola a través de la otra línea de transferencia
en forma de señales a la unidad de control y de regulación (17), y
estando conectada a la unidad de control y de regulación (17) una
línea de transferencia adicional que comunica por señales con un
dispositivo de ajuste del volumen de elevación, integrado en la
máquina hidráulica (15), estando conectado a ella además otra línea
de transferencia conectada con un sensor de número de revoluciones
que registra de forma sensitiva el número de revoluciones de un
elemento de máquina alojado de forma rotatoria en la máquina
hidráulica (15) o de un árbol (14) mecánico, fijamente unido con
dicho elemento de máquina, y lo transfiere en forma de señales a la
unidad de control y de regulación (17) a través de la otra línea de
transferencia.
4. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 1, caracterizado porque el sistema parcial
eléctrico (13) está realizado al menos con una máquina eléctrica
(20) rotatoria que presenta otro elemento de máquina alojado de
forma rotatoria y una zona de conexión eléctrica conectada de forma
electroconductiva con un segundo elemento de conmutación de régimen
(21) como elemento eléctrico.
5. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 4, caracterizado porque con el segundo
elemento de conmutación de régimen (21) se pueden realizar las
conmutaciones necesarias para la absorción o la emisión de potencia
eléctrica de la máquina eléctrica (20) desde o al sistema de
distribución eléctrica (3).
6. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 4, caracterizado porque con el segundo
elemento de conmutación de régimen (21) se puede realizar la
separación eléctrica de los sistemas de distribución eléctrica (3)
conectados al mismo.
7. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 4, caracterizado porque el sistema parcial
eléctrico (13) comprende adicionalmente una unidad electrónica (22)
que está conectada eléctricamente por separado al segundo elemento
de conmutación de régimen (21), por lo que la máquina eléctrica
(20) forma con el segundo elemento de conmutación de régimen (21) y
con la unidad electrónica (22) una conexión eléctrica en serie.
8. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 7, caracterizado porque la unidad electrónica
(22) comprende un rectificador y un ondulador y un filtro
eléctrico, que están conectados eléctricamente en serie en este
orden.
9. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 7, caracterizado porque la unidad electrónica
(22) comprende sólo el rectificador y el ondulador que están
conectados eléctricamente en serie en este orden, estando conectado
el rectificador eléctricamente con la máquina eléctrica (20), a
través del segundo elemento de conmutación de régimen (21), y
siendo alimentado de potencia eléctrica el rectificador, al que
está conectado una conexión eléctrica que está unida con el sistema
de distribución eléctrica (3).
10. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 7, caracterizado porque la unidad electrónica
(22) comprende un rectificador y un ondulador que están conectados
eléctricamente en serie en este orden, y estando conectado el
rectificador eléctricamente con la máquina eléctrica (20), a través
del segundo elemento de conmutación de régimen (21), y
suministrando el rectificador potencia eléctrica al sistema de
distribución eléctrica (3) a través de una unión eléctrica a la que
está conectado.
11. Sistema convertidor de potencia según una de
las reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque al
rectificador está postconectado eléctricamente, opcionalmente, el
filtro eléctrico.
12. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 4 y 7, caracterizado porque el segundo
elemento de conmutación de régimen (21) está realizado con un
dispositivo eléctrico, multipolar, de conmutación de polos, estando
conectada la zona de conexión eléctrica de la máquina eléctrica
(20) a una zona de conexión de contacto de pie de un dispositivo de
conmutación de polos, y estando conectadas la unidad electrónica
(22), así como una unión de barras colectoras eléctricas, de forma
separada respecto al sentido de flujo de potencia, a secciones
separadas de una zona de conexión de contacto de conmutación del
dispositivo de conmutación de polos.
13. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 4, caracterizado porque entre la zona de
conexión, realizada como entrada de control, de la máquina
eléctrica (20) y una zona de conexión asignada al segundo elemento
de conmutación de régimen (21) está conectado adicionalmente un
regulador de tensión.
14. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 12 y 13, caracterizado porque el regulador
de tensión está conectado especialmente con una zona de conexión
del dispositivo de conmutación de polos.
15. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 8 y 12, caracterizado porque el
rectificador está conectado a una zona de contacto separada,
correspondiente, de la zona de conexión de contacto de conmutación
del dispositivo de conmutación de polos, estando conectado también
al filtro eléctrico otra zona de conexión del dispositivo de
conmutación de polos.
16. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 3, caracterizado porque la máquina hidráulica
(15) es una máquina de desplazamiento ajustable, preferentemente
una máquina de émbolos axiales con disco oscilante (15a) ajustable,
integrado, en cuyo volumen de elevación se puede influir por medio
de una unidad de control y de regulación (17).
17. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 3 y 16, caracterizado porque la unidad de
control y de regulación (17) del sistema parcial hidráulico (12)
está construida con un primero y un segundo regulador (17a, 17a) y
con un dispositivo de ajuste (16) interconectado entre los dos
reguladores (17a, 17b), que en este orden forman una conexión en
serie a nivel de señales, estando conectado el primer regulador
(17a), a través de la otra línea de transferencia, con el otro
sensor de presión, y estando conectado el dispositivo de ajuste
(17), a través de la línea de transferencia adicional, con el disco
oscilante (15a), y estando conectado el segundo regulador (17b), a
través de la otra línea de transferencia, con el sensor de número
de revoluciones, a nivel de señales.
18. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 3, caracterizado porque el primer elemento de
conmutación de régimen (18) es una válvula combinada que realiza la
función de dos válvulas (18a, 18b) conectadas en paralelo, o un
grupo de válvulas constituido por la combinación de dos válvulas
(18a, 18b) conectadas en paralelo.
19. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 18, caracterizado porque el grupo de válvulas
está constituido por una primera válvula (18a) y una segunda
válvula (18b), cuyas conexiones de válvula están conectadas en el
lado de entrada a un primer punto de bifurcación (18c), y en el
lado de salida a un segundo punto de bifurcación (18d), estando
conectada al primer punto de bifurcación (18c) la otra tubería y
estando conectada al segundo punto de bifurcación (18d) la otra
tubería.
20. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 19, caracterizado porque la primera válvula
(18a) está configurada como válvula de retención y la segunda
válvula (18b) está configurada como válvula de cierre
conmutable.
21. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 18 ó 19, caracterizado porque la válvula
combinada o el grupo de válvulas realiza, en la posición básica de
una válvula (18a), no activada por una señal, la función de una
válvula de retención que cierra la afluencia de un medio hidráulico
desde el sistema de conductos hidráulicos (10), y en la posición
activada por una señal, la válvula combinada o el grupo de válvulas
deja pasar la afluencia del medio hidráulico desde el sistema de
conductos hidráulicos (10) hacia la máquina hidráulica (15).
22. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 1, caracterizado porque en la unidad de
control (26) está integrada una lógica de modalidades que además
comprende un control automático, estando conectada con varias
líneas de transferencia conectadas a los sensores que registran la
presión y que están integradas en los conductos del sistema de
conductos hidráulicos (10) para registrar en estos el régimen
"presión suficiente del medio hidráulico" en el sistema de
conductos hidráulicos (10), y que están conectadas a los sensores
de registro de tensión, dispuestos en el sistema de líneas
eléctricas (3) para registrar en éstas el régimen: "tensión
suficiente en el sistema de distribución eléctrica" (3), siendo
transferidos los regímenes correspondientes en forma de señales por
los sensores a la unidad de control (26) y estando conectadas a la
lógica de modalidades además varias líneas de transferencia que
aprovecha para la transferencia de las señales de sensor
transformadas en señales de conexión y que están unidas con el
sistema parcial hidráulico (12) y con el sistema parcial eléctrico
(13) y con varios conmutadores eléctricos (23a, 23b) que están
interconectados a las uniones de barras colectoras eléctricas
unidas con el sistema parcial eléctrico (13).
23. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 3, 4 y 22, caracterizado porque
respectivamente una de las otras líneas de transferencia de la
unidad de control (26) está conectada con el primer elemento de
conmutación de régimen (18) y con el segundo elemento de
conmutación de régimen (21) para activar por la excitación por
señal de conmutación de los dos elementos de conmutación de régimen
(18, 21) o bien un modo de bomba o bien un modo de generador del
sistema parcial hidráulico y del sistema parcial eléctrico (12,
13), estando conectado a la unidad de control y de regulación (17)
además por separado otra línea de transferencia.
24. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 3 a 5, 12, 17 a 19, 22 y 23, caracterizado
porque al primer regulador (17a) y al segundo regulador (17b) de la
unidad de control y de regulación (17) y a la segunda válvula (18b)
del primer elemento de conmutación de régimen (18) y la zona de
conexión excitable del segundo elemento de conmutación de régimen
(21) y al menos a un conmutador eléctrico (23a, 23b) está
conectada, respectivamente por separado, otra línea de
transferencia unida con la lógica de modalidades, transformando la
lógica de modalidades las señales de sensor, registradas y
transferidas a ella con señales transformadas, en señales de
conmutación que hace llegar, a través de las otras líneas de
transferencia, a los elementos de conmutación.
25. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 22, caracterizado porque la lógica de
modalidades está conectada adicionalmente con al menos una línea de
transferencia adicional que realiza la transferencia de señales de
conmutación de señales transformadas, emitidas, de un usuario para
conexiones de prueba dentro del sistema de conductos hidráulicos
(10) y/o del sistema de distribución eléctrica (3) y/o para la
conexión o desconexión del circuito automático, conectado a una
unidad de control y de vigilancia centralizada en un cockpit
(99).
26. Sistema convertidor de potencia según una de
las reivindicaciones 1 a 8, 12 y 15, caracterizado porque la
unión de barras colectoras unida con la correspondiente zona de
conexión del contacto de conmutación del dispositivo de conmutación
de polos está conectada a al menos una primera barra colectora
eléctrica (3a), estando conectada la otra unión de barras
colectoras, unida con el filtro, al menos a una segunda barra
colectora eléctrica (3b), que son secciones parciales del sistema
de distribución eléctrica (10) al que suministra energía eléctrica
la(s) fuente(s) eléctrica(s) (2) como
fuente(s) de potencia eléctrica primaria, realizada con un
generador eléctrico (2) accionado por propulsor.
27. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 3, caracterizado porque la otra tubería que
está conectada con el punto de unión del primer elemento de
conmutación de regímenes (18), está conectado con al menos un
conducto de presión (98) del sistema de conductos hidráulicos (10),
estando conectada al sistema de conductos hidráulicos (10) al menos
una fuente hidráulica (9) que le suministra energía hidráulica.
28. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque la máquina
hidráulica (15) al recibir potencia mecánica de árbol se emplea en
su función de bomba hidráulica, o al recibir potencia hidráulica de
accionamiento se emplea en su función de motor hidráulico, y la
máquina eléctrica (20), al recibir potencia mecánica de árbol, se
emplea en su función de generador eléctrico o al recibir potencia
eléctrica se emplea en su función de motor con accionamiento
eléctrico, en donde el modo de funcionamiento correspondiente de
las dos máquinas (15, 20) requiere una excitación correspondiente
del primer elemento de conmutación de régimen (18) por la unidad de
control (26) que dispara el modo funcionamiento correspondiente
"modo de bomba o modo de generador" para el primer elemento de
conmutación de régimen (18), y en donde con el acoplamiento
mecánico por árbol de las dos máquinas (15, 20) se consigue la
transformación bidireccional de la energía hidráulica en energía
eléctrica o viceversa, por lo que de esta forma el tipo de energía
correspondiente se puede transferir opcionalmente en ambas
direcciones entre al menos una sección de sistema parcial
hidráulica y al menos una sección de sistema parcial eléctrico,
como componente del sistema de conductos hidráulicos (10) y del
sistema de distribución eléctrica (3).
29. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 1, 3, 16, 17, 21 y 28, caracterizado porque
la máquina hidráulica (15) es en el modo "bomba" una bomba
regulada por presión, y el primer regulador (17a) eficaz es en este
modo un regulador de presión para la presión de salida p_{o} de
la máquina hidráulica (15), circulando el caudal de bombeo del
medio hidráulico a través de la primera válvula (18a) al sistema de
conductos hidráulicos (10).
30. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 1, 3, 16 a 19, 21, 22 y 28, caracterizado
porque la máquina hidráulica (15) es en el modo "generador" un
motor hidráulico con regulación del número de revolución y con
regulación secundaria, y el segundo regulador (17b) eficaz es en
este modo un regulador de número de revoluciones para el número de
revoluciones del motor n_{H}, siendo realizado el modo por la
activación de la posición de la segunda válvula (18b) en un estado
abierto, produciéndose el paso del medio hidráulico desde el
conducto de presión (98) conectado con el primer elemento de
conmutación de régimen (18).
31. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 1, 3, 17, 18, 28 y 30, caracterizado porque
la regulación del número de revoluciones, realizada con el segundo
regulador (17b), permite alimentar la energía eléctrica, facilitada
con la máquina eléctrica (20), con una frecuencia de red definida a
la red de distribución eléctrica (3) correspondiente, encontrándose
la máquina eléctrica (20) durante ello en el modo
"generador".
32. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 3ª, caracterizado porque en el modo
"generador", el segundo regulador (17b) que actúa sobre el
dispositivo de ajuste (16), es un regulador hidromecánico que
registra de forma sensitiva el número de revoluciones del motor
n_{H} o un regulador eléctrico o electromecánico que registra con
un sensor eléctrico el número de revoluciones del motor
n_{H}.
33. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 1, 17, 29 a 32, caracterizado porque el
primer y el segundo regulador (17a, 17b) están integrados según el
modo de funcionamiento a ajustar, pudiendo conmutarse a través de
la segunda válvula (18b).
34. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 1, 17, 29 a 32, caracterizado porque el
primer regulador (17a), en el modo "bomba", es un regulador
hidromecánico con elemento de ajuste (16) integrado o un regulador
electrónico con un elemento de ajuste electrohidráulico o
electromecánico, que realiza el ajuste del volumen de elevación de
la máquina hidráulica (15).
35. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 1, 17, 20 y 25, 28 a 32, caracterizado
porque el mecanismo de control y de regulación del primer regulador
(17a) que en el modo "bomba" está realizado preferentemente
como regulador electrónico, estando conectado con la lógica de
modalidades de la unidad de control (26), comprende al menos una de
las tres posibilidades siguientes de conexión de regulador:
- a)
- una conexión de arranque, con la que la máquina hidráulica (15) en el modo "bomba" se mantiene prácticamente en la posición de elevación cero, hasta que se haya alcanzado aproximadamente el número de revoluciones sincrónico de la máquina eléctrica (20) que se encuentra como motor accionado de forma eléctrica en el modo "bomba";
- b)
- regulador con una presión teórica constante que corresponde a la presión nominal p_{o} de la(s) bomba(s) hidráulica(s), accionada(s) por propulsor, empleada(s) como fuente hidráulica (9), preferentemente como ajuste de regulador para el funcionamiento de un sistema convertidor de potencia bidireccional (40) definido como bomba auxiliar de apoyo durante picos de necesidad;
- c)
- regulador con una presión teórica dependiente del caudal transportado por la bomba, tal como corresponde a la conocida característica "soft cut off" de bombas hidráulicas, preferentemente como ajuste de regulador para el funcionamiento del sistema convertidor de potencia bidireccional (40) definido como bomba hidráulica única que alimenta a un sistema hidráulico, lo que es el caso también si han fallado las bombas hidráulicas empleadas como fuente(s) hidráulica(s) (9).
36. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 1, 7 a 11, 28 y 31, caracterizado porque la
máquina eléctrica (20), en el modo "generador", está unida con
la unidad electrónica (22) como dispositivo de regulación y de
transformación, que transforma la energía eléctrica facilitada de
tal forma que satisfaga los requerimientos de los consumidores
eléctricos en el sistema de distribución eléctrica (3) o los de la
red eléctrica de a bordo con una característica de tensión, de
corriente y de frecuencia correspondiente, realizándose la
transformación electrónica y el procesamiento de la energía
eléctrica facilitada según el principio de un convertidor de
frecuencia y de tensión, basado en semiconductores de potencia.
37. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 7 a 11, 28 y 36, caracterizado porque la
unidad electrónica (22), mediante una polarización correspondiente,
se puede emplear también de forma bifuncional como control de motor
de la máquina eléctrica en el modo "bomba", para conseguir un
arranque de la máquina eléctrica (20), respetuoso con la red, al
activarse el funcionamiento de bomba, o una regulación de número de
revoluciones de la máquina eléctrica (20) según los requisitos en
el modo "bomba".
38. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 1 a 11, 26 y 28, caracterizado porque la
máquina eléctrica (15) es una máquina sincrónica de corriente
trifásica que al recibir potencia eléctrica de la primera barra
colectora (3a), a través de una unión de barras colectoras
eléctricas, trabaja como motor eléctrico, haciendo falta para ello
una posición de conmutación correspondiente del segundo elemento de
conmutación de régimen (21), según la que la unidad electrónica
(22) está desconectada.
39. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 1, 7 a 11, 26 y 28, caracterizado porque la
máquina eléctrica (15) accionada por árbol es un generador de
corriente trifásica con un número de revoluciones n_{E}
inconstante, que a través de la unidad electrónica (22) suministra
a la segunda barra colectora eléctrica (3b) potencia eléctrica de
tensión U constante y de frecuencia f constante.
40. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 1, caracterizado porque los dos sistemas
parciales (12, 13), que transfieren bidireccionalmente con el
sistema de conductos hidráulicos (10) y con el sistema de
distribución eléctrica (3), ejercen juntos o bien la función de una
bomba hidráulica accionada por electromotor o bien la función de un
generador eléctrico alternativo.
41. Sistema convertidor de potencia según las
reivindicaciones 1, 26 y 28, caracterizado porque al sistema
parcial hidráulico (12) está conectada al menos una sección parcial
del sistema de potencia hidráulica (10), y al sistema parcial
eléctrico (13) está conectado al menos un sistema de distribución
eléctrica (3).
42. Sistema convertidor de potencia según la
reivindicación 1, caracterizado porque se puede usar como
fuente hidráulica (9) de un sistema de conductos hidráulicos (10)
que dispone adicionalmente de una alimentación hidráulica
alternativa o de emergencia, que se activa para el apoyo o en caso
del fallo de la(s) fuente(s) hidráulica(s) (9)
de sistemas contiguos o en caso del fallo de los sistemas de
alimentación eléctrica normal, conectados con el sistema de
distribución eléctrica (3), y que a través del sistema convertidor
de potencia bidireccional (40) definido puede contribuir a la
alimentación de emergencia de uno o varios sistemas parciales
eléctricos del sistema de distribución eléctrica (3) para cubrir la
alimentación eléctrica en situaciones de emergencia.
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