BRPI0708382A2 - processo e dispositivo de geração de sinais de comando de uma máquina elétrica giratória polifásica e seqüências de instruções - Google Patents
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Abstract
PROCESSO E DISPOSITIVO DE GERAçãO DE SINAIS DE COMANDO DE UMA MAQUINA ELéTRICA GIRATóRIA POLIFáSICA E SEQüêNCIAS DE INSTRUçõES. O processo de acordo com a invenção é do tipo daqueles em que os sinais (Swl, Sw2, Sw3) que comandam a alimentação (10) dos enrolamentos (4) da máquina são constituídos por sinais defasados (So1, So2, So3) de um ângulo de defasagem (p) continuamente variável em relação a sinais de sincronização (Si1, Si2, Si3) produzidos pelos sensores (1) da posição do rotor. De acordo com o processo, uma unidade de tratamento (5) compreende entradas (8) que recebem os sinais de sincronização e saídas (6, 7) que emitem os ditos sinais defasados. Os sinais de sincronização são sinaisbinários que apresentam frentes de sincronização e as frentes ascendentes e descendentes dos sinais defasados são geradas depois de um retardo de comutação de nível que é função de pelo menos o ângulo de defasagem a partir de pelo menos uma frente de referência escolhida entre as frentes de sincronização tal que o retardo é mínimo.
Description
"PROCESSO E DISPOSITIVO DE GERAÇÃO DE SINAIS DECOMANDO DE UMA MÁQUINA ELÉTRICA GIRATÓRIA POLEFÁSICAE SEQÜÊNCIAS DE INSTRUÇÕES"DOMÍNIO TÉCNICO DA INVENÇÃO
A presente invenção se refere a um processo e a umdispositivo de geração de sinais de comando de uma máquina elétricagiratória polifásica em função da velocidade.
Esses sinais de comando comandam a alimentação da máquinade maneira a proporcionar à máquina características de potência e de torqueadaptadas às diversas aplicações.
PLANO DE FUNDO TECNOLÓGICO DA INVENÇÃO
Com a generalização dos motores sem escovas, numerososprocessos e dispositivos que desempenham essa função são conhecidos doestado da técnica.
Mais recentemente, esses dispositivos e processos se referemtambém aos geradores de eletricidade reversíveis, quer dizer aqueles quefuncionam tanto em alternador quanto em motor de arranque.
Um processo de comando de um alternador-motor de arranqueé por exemplo descrito no pedido de patente de invenção FR2854746 pelasociedade VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR.
De acordo com esse processo patenteado, os sinais desincronização provenientes dos sensores que determinam a posição angular dorotor da máquina são defasados para comandar de modo seqüencial as fasesdo induzido.
O ângulo de defasagem dos sinais é escolhido de maneira acontrolar o torque em função da velocidade e a adaptar esse último ao modode funcionamento, notadamente ou em motor de arranque, ou em motorauxiliar.
Para fazer isso um microcontrolador, que faz interface com umconversor digital-analógico e amplificadores operacionais, efetua, para gerarcada sinal defasado, uma combinação linear dos sinais de sincronização cujasoma dos coeficientes é nula.
A otimização do alternador-motor de arranque, descritanotadamente no documento FR2854746, levou a sociedade VALEO aimplementar em componentes programáveis, em substituição ao sistema quefunciona em modo misto, um processo geral inteiramente digital que é oobjeto do pedido de patente conjunto intitulado "Processo e dispositivo degeração de sinais defasados e a utilização dos mesmos".
O processo descrito nesse pedido conjunto é geral na medidaem que o ângulo de defasagem dos sinais é uma variável exógena ao sistema,e não uma variável que intervém no laço de comando da máquina.
Esse processo não será descrito em detalhe no presente pedido,a descrição do pedido conjunto sendo introduzida aqui em sua integralidadepara todas as referÊncias úteis.
DESCRIÇÃO GERAL DA INVENÇÃO
O objetivo da presente invenção é portanto tirar partido daredução dos tempos de trânsito e da instabilidade obtida pelo processo geraldepositado conjuntamente, no caso em questão da melhoria dos desempenhosde uma máquina de tipo alternador-motor de arranque.
Para fazer isso, a presente invenção visa um processo degeração de sinais de comando de uma máquina elétrica giratória polifásicaque compreende enrolamentos de fases e sensores da posição do rotor emnúmero igual ao número de fases.
Esse processo é do tipo daqueles nos quais os sinais decomando que comandam a alimentação de potência dos enrolamentos sãoconstituídos por sinais defasados com o auxílio de uma unidade de tratamentode um ângulo de defasagem continuamente variável em relação a sinais desincronização produzidos pelos sensores, essa unidade de tratamentocompreendendo entradas que recebem os sinais de sincronização e saídas queemitem os sinais defasados.
O processo de acordo com a invenção é notável pelo fato deque os sinais de sincronização são sinais binários que apresentam frentes desincronização e pelo fato de que as frentes ascendentes e descendentes dessessinais defasados são geradas depois de um retardo de comutação de nível queé função de pelo menos esse ângulo de defasagem a partir de pelo menos umafrente de referência escolhida entre as frentes de sincronização tal que oretardo é mínimo.
De acordo com uma característica adicional do processo, ossinais de comando são bastante vantajosamente idênticos aos sinais desincronização em condições de funcionamento específicas, notadamentequando a velocidade de rotação da máquina é inferior a uma primeiravelocidade mínima, ou superior a uma primeira velocidade máxima.
De preferência, as condições de funcionamento específicas damáquina compreendem além disso o caso em que a velocidade de rotação:
- aumenta e permanece inferior a uma segunda velocidademínima superior à primeira velocidade mínima;
- diminui e permanece superior a uma segunda velocidademáxima inferior à primeira velocidade máxima, a segunda velocidade máximasendo superior à segunda velocidade mínima.
Vantajosamente, será considerado aqui que as condições defuncionamento específicas compreendem o caso em que a unidade detratamento está parada.
Nessas condições de funcionamento específicas a unidade detratamento re-copia os níveis lógicos das entradas nas saídas, oualternativamente, de preferência, a unidade de tratamento comanda acomutação dos sinais de comando nas entradas.
De acordo com o processo da invenção, os sinais desincronização tendo uma relação cíclica igual a 0,5 e sendo defasados entre side um ângulo de defasagem nominal em graus igual a 360° dividido pelonúmero de fases, mede-se um intervalo de tempo compreendido entre duasfrentes de sincronização sucessivas, uma sendo ascendente e a outradescendente.
De preferência, um valor inter-frente desse intervalo de temporesulta de uma contagem com o auxílio de um circuito retardadorprogramável de medição associado aos sinais de sincronização que têm umafreqüência de incrementação de medição predeterminada.
A determinação das condições de funcionamento específicasda máquina compreende então vantajosamente a comparação desse valorinter-frente com um grupo de valores inter-frente nominais.
Fora das condições de funcionamento específicasdeterminadas precedentemente, o angulo de defasagem e, de acordo com ainvenção, uma função da velocidade de rotação da máquina.
De acordo com características adicionais do processo, cadavalor do retardo de comutação de nível, em unidade de tempo igual ao inversoda freqüência de incrementação de medição, é de preferência tabulado paracada valor inter-frente em uma primeira tabela, assim como um valor dedecalagem igual ao complemento a 180° do ângulo de defasagem épreferencialmente tabulado para cada valor inter-frente em uma segundatabela.
A esse estágio, o processo de base de acordo com a invençãocompreende vantajosamente as seguintes etapas:
- torna-se a freqüência de incrementação corrente de umcircuito retardador programável corrente associado a um sinal desincronização corrente igual à freqüência de incrementação de medição;
- associa-se uma linha de saída corrente ao circuito retardadorprogramável corrente;- identifica-se a frente de referência a partir do valor dedecalagem lido na segunda tabela;
- carrega-se o valor corrente do retardo lido na primeira tabelano circuito retardador programável corrente;
- configura-se o circuito retardador programável corrente demaneira que a linha de saída corrente efetue uma primeira transição de umnível alto para um nível baixo, ou então uma segunda transição de um nívelbaixo para um nível alto, quando um contador corrente do retardadorprogramável corrente atinge o valor corrente;
- gera-se o sinal defasado corrente com o auxílio da linha desaída corrente.
Alternativamente às etapas precedentes, em variante:
- torna-se a freqüência de incrementação corrente de umcircuito retardador programável corrente associado ao sinal de sincronizaçãocorrente igual à freqüência de incrementação de medição;
- identifica-se a frente de referência a partir do valor dedecalagem lido na segunda tabela;
- carrega-se o valor corrente VATl do retardo lido na primeiratabela no circuito retardador programável corrente;
- ativa-se uma interrupção corrente associada ao circuitoretardador programável corrente que se produz a cada vez que o valorcorrente é atingido;
- torna-se a freqüência de contagem corrente de um contadorprogramável corrente de um módulo de modulação de amplitude de pulsosprogramável corrente igual à freqüência de incrementação de mediçãodividida pelo dobro do número de fases;
- associa-se uma linha de saída corrente ao módulo demodulação de amplitude de pulsos programável corrente;
- carrega-se um registro de período corrente e um registro derelação cíclica corrente do módulo de modulação de amplitude de pulsosprogramável corrente respectivamente com o valor inter-frente e com ametade desse valor inter-frente;
- configura-se o módulo de modulação de amplitude de pulsoscorrente de modo que a linha de saída corrente sofra uma transição inicial deum nível alto para um nível baixo, e depois uma primeira transição de umnível baixo para um nível alto quando o contador programável corrente atingeum valor intermediário corrente contido no registro de relação cíclicacorrente, e finalmente uma segunda transição de um nível alto para um nívelbaixo quando o contador programável corrente atinge um valor final correntecontido no registro de período corrente a cada acionamento da interrupçãocorrente;
- gera-se o sinal binário defasado corrente com o auxílio dalinha de saída corrente.
A invenção também se refere a um dispositivo de geração desinais de comando de uma máquina elétrica giratória polifásica quecompreende enrolamentos de fases e sensores da posição do rotor em númeroigual ao número de fases.
O dispositivo de acordo com a invenção é do tipo daqueles quecompreendem linhas de comando destinadas a comandar a alimentação depotência desses enrolamentos, e uma unidade de tratamento que apresentaentradas que recebem sinais de sincronização produzidos pelos sensores, esaídas que emitem sinais defasados em relação aos sinais de sincronização.
Esse dispositivo é notável pelo fato de que ele compreendealém disso circuitos de comutação comandados por um sinal de orientaçãoemitido pela unidade de tratamento e que liga as linhas de comando ou àsentradas, ou às saídas, em função da velocidade de rotação da máquina e/oudo estado da unidade de tratamento.
Mais precisamente, esses circuitos de comutação sãovantajosamente portas analógicas.
Em um modo de realização preferido da invenção, a unidadede tratamento é de preferência constituída por um microprocessador ou porum microcontrolador que compreende:
- pelo menos uma unidade central;
- pelo menos uma memória volátil e/ou pelo menos umamemória não volátil;
- pelo menos um contador programável que mede a velocidadede rotação da máquina;
- circuitos retardadores programáveis em número pelo menosigual ao número de fases;
- pelo menos uma porta de entrada que recebe sinais desincronização produzidos pelos sensores;
- pelo menos uma primeira capacidade ue saída que emitesinais defasados em relação aos sinais de sincronização;
- pelo menos uma segunda capacidade de saída que emite osinal de orientação.
Alternativamente, em variante, a unidade de tratamento éconstituída preferencialmente por um microprocessador ou por ummicrocontrolador que compreende:
- pelo menos uma unidade central;
- pelo menos uma memória volátil e/ou pelo menos umamemória não volátil;
- pelo menos um contador programável que mede a velocidadede rotação da máquina;
- circuitos retardadores programáveis em número pelo menosigual ao número de fases;
- módulos de modulação de amplitude pulsos programáveis emnúmero pelo menos igual ao número de fases;- pelo menos uma porta de entrada que recebe sinais desincronização produzidos pelos sensores;
- pelo menos uma primeira capacidade de saída que emitesinais defasados em relação aos sinais de sincronização;
- pelo menos uma segunda capacidade de saída que emite osinal de orientação.
Em um e outro modo de realização, a memória não volátilcontém vantajosamente uma primeira tabela que associa decalagens temporaisdos sinais defasados carregados nos circuitos retardadores programáveis avalores representativos da velocidade de rotação produzidos pelo contadorprogramável.
Essa memória não volátil contém também vantajosamente umasegunda tabela que associa o complemento a 180° das defasagens dos sinaisdefasados aos valores representativos da velocidade de rotação produzidospelo contador programável.
Tira-se evidentemente proveito do fato de que as memórias daunidade de tratamento contêm de preferência um programa que executa oprocesso de acordo com a invenção que foi exposto em suas grandes linhasprecedentemente.
Como é evidente, a invenção também se refere às seqüênciasde instruções executáveis pelo dispositivo descrito brevemente acima queemprega o processo de acordo com a invenção.
Essas algumas especificações essenciais terão tornadoevidentes para o profissional as vantagens trazidas pelo processo e pelodispositivo de geração de sinais de comando de uma máquina elétricagiratória polifásica de acordo com a invenção em relação ao estado da técnicaanterior.
As especificações detalhadas da invenção são dadas nadescrição que se segue em ligação com os desenhos anexos. Deve ser notadoque esses desenhos não têm nenhum outro objetivo que não seja o de ilustraro texto da descrição e não constituem de nenhuma forma uma limitação do alcance da invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Figura 1 mostra a fase de aparecimento dos sinais desincronização provenientes dos sensores.
A Figura 2 mostra o intervalo de ativação dos sinais defasados.
A Figura 3 mostra o princípio da orientação dos sinais desincronização ou dos sinais defasados para os sinais de comando.
A figura 4 ilustra o princípio da medição da velocidade damáquina com o auxílio de um circuito retardador programável de medição.
A Figura 5 representa as variações do ângulo de defasagem emrelação ao sinal de sincronização, e as variações da decalagem de fase emrelação a uma frente de referência em função do complemento a 180° doângulo de defasagem.
A Figura 6 ilustra esquematicamente a utilização de tabulaçõesna entrada da função de decalagem.
A Figura 7 representa um exemplo de lei de variação doângulo de defasagem em função da velocidade de rotação.
A Figura 8 representa graficamente um exemplo de tabulaçãodo valor do retardo de comutação de nível em função do valor inter-frente.
A Figura 9 representa graficamente as variações do ângulo dedefasagem em função do valor do retardo de comutação de nível.
A Figura 10 é o esquema de princípio de um modo derealização preferido do dispositivo de acordo com a invenção que recorreunicamente a contadores e a circuitos retardadores programáveis.
A Figura 11 é o esquema de princípio de uma variante derealização preferida do dispositivo de acordo com a invenção que empregamódulos de modulação em amplitude de pulsos programáveis.DESCRIÇÃO DOS MODOS DE REALIZAÇÃO PREFERIDOS DAINVENÇÃO
No processo de geração de sinais defasados que é objeto dopedido conjunto mencionado acima, a defasagem é criada por retardostemporais introduzidos por circuitos retardadores, corretamente programados,a partir de referência mútuas entre os sinais de sincronização na entrada.
Esse princípio implica sistematicamente um retardo doaparecimento dos sinais reconstruídos em relação aos sinais na entradadurante uma fase transitória que corresponde ao estabelecimento do primeiroperíodo de cada um desses últimos.
A Figura 1 mostra os sinais de sincronização Si 1, Si2, Si3provenientes dos sensores 1 de uma máquina trifásica 2 representadaesquematicamente nas Figuras I0 e 11.
Esses sinais Si 1, Si2, Si3 são sinais binários de relação cíclica0,5 e que apresentam entre si uma mesma defasagem nominal Φ, aqui igual a120°, a máquina tendo três fases.
O processo geral de geração de sinais defasados utilizadonessa aplicação reconstrói sinais Sol, So2, So3 que têm entre si em regimepermanente a mesma defasagem nominal Φ, mas que apresentam um ângulode defasagem φ em relação aos sinais que entram Si 1, Si2, Si3.
Durante a fase transitória, partes dos sinais de sincronizaçãoSi 1, Si2, Si3 podem não ser reconstruídas, tais como a porção 3 do sinal desaída Sol que corresponde ao sinal de entrada Sil representada na Figura 1.
Ora, o comando de uma máquina elétrica 2 necessita areconstrução imediata dos sinais de comando Swl, Sw2, Sw3 das fases 4desde o aparecimento dos sinais de entrada Si 1, Si2, Si3 fornecidos pelossensores de posição 1.
A solução adotada para resolver esse problema consiste emtornar os sinais de comando Swl, Sw2, Sw3 da máquina idênticos aos sinaisde sincronização Si 1, Si2, Si3 durante a fase transitória do estabelecimentodos sinais defasados Sol, So2, So3.
Para fazer isso, de acordo com um primeiro método, omicrocontrolador 5 que emprega o processo de defasagem reconfigura aslinhas de sua capacidade de saída 6, 7 em saídas clássicas (saídas digitais deníveis alto ou baixo) e re-copia os níveis lógicos Si 1, Si2, Si3 presentes naslinhas de sua porta de entrada 8 conectada aos sensores desde o aparecimentodos mesmos, e até uma primeira velocidade mínima de rotação Vminl damáquina 2.
Acima dessa velocidade Vmin 1, os algoritmos de reconstruçãodas frentes de sinais defasados Sol, So2, So3 a partir das frentes dos sinais desincronização Si 1, Si2, Si3 são ativadas.
Para limitar a instabilidade devida à medição do período dossinais na entrada Si 1, Si2, Si3, a re-cópia dos sinais é também reativada desdeque a velocidade de rotação excede uma primeira velocidade máxima Vmaxl.
Como o mostra a Figura 2, dois ciclos de histerese sãoutilizados nas fronteiras dos domínios de funcionamento específicos que são apartida e o funcionamento em alta velocidade para evitar as oscilações emtorno das primeiras velocidades mínima e máxima Vmin 1, Vmin2.
Quando a velocidade de rotação aumenta a partir de zero, a re-cópia dos sinais é mantida até uma segunda velocidade mínima Vmin2,ligeiramente superior à primeira velocidade mínima Vmin 1; do mesmo modoquando a velocidade de rotação diminui a partir de um grande valor, a re-cópia continua até uma segunda velocidade máxima Vmax2, ligeiramenteinferior à primeira velocidade máxima Vmaxl.
De acordo com um segundo método, os sinais de comandoSwl, Sw2, Sw3 são tornados idênticos aos sinais Si 1, Si2, Si3 provenientesdos sensores 1 com o auxílio de um número equivalente de circuitos decomutação 9 que permitem a orientação sincronizada dos sinais.A Figura 3 ilustra esse segundo método. A utilização doscomutadores externos 9 permite a orientação ou dos sinais de sincronizaçãoSi 1, Si2, Si3, ou dos sinais defasados Sol, So2, So3 para a alimentação depotência 10 em função das condições de funcionamento específicas damáquina 2.
O basculamento dos circuitos de comutação 9 de uma posiçãoPi, Po para uma outra é comandado por um sinal de orientação Ss emitidopelo computador em função do resultado de uma comparação entre umamedição de velocidade de rotação e valores nominais.
Uma vantagem desse segundo método em relação ao primeiroé a segurança de funcionamento trazida pelos circuitos de comutação 9 emcaso de passagem do sistema para um modo de funcionamento degradado, porexemplo quando o microcontrolador 5 é parado.
De fato, se é considerada a posição Pi, na qual os sinais decomando SW1, Sw2, Sw3 são idênticos aos sinais de sincronização Si 1, Si2,Si3, como uma posição inicial, ou nominal, é possível imaginar umaestratégia de proteção para forçar essa posição em caso de degradação dofuncionamento do microcontrolador 5.
Portas analógicas 9, tais como aquelas de um circuitomultiplexador, garantem que, nessa posição Pi inicial ou nominal, os sinais desincronização Si 1, Si2, Si3 provenientes dos sensores de posição 1 comandamsem modificação a alimentação de potência 10 da máquina 2.
Os dois métodos expostos acima são aplicáveis às duassoluções de decalagem por software propostas no pedido conjunto "Processoe dispositivo de geração de sinais defasados e utilização dos mesmos" ao qualse poderá recorrer.
Nas soluções de regeneração lógica dos sinais decalados,ovalor nominal do ângulo φ é injetado no algoritmo pelos módulos de comandoda aplicação.Mas o comando do valor nominal de decalagem por ummódulo aplicativo externo à função decalagem implica a utilização de cálculointermediário para avaliar os valores que correspondem ao retardo aintroduzir, e se traduz sistematicamente por uma sobrecarga da unidadecentral CPU do microcontrolador 5 utilizado.
A utilização dessas soluções no laço de controle de umamáquina giratória elétrica polifásica 2 implica portanto a integração da lei devariação do ângulo de defasagem φ em função da velocidade no módulo dedecalagem e a otimização dos cálculos das defasagens a introduzir.
O modo de integrar essa lei de variação será melhorcompreendido fazendo-se referência às Figuras 4 a 9.
Levando-se em consideração o fato de que para uma máquina2 de N fases, os sensores 1 da posição do rotor são em número de N e que elesgeram sinais de sincronização Si 1, Si2, Si3 que têm uma relação cíclica de 0,5e que são defasados entre si de um ângulo de fase nominal Φ = 360/N, bastamedir um intervalo de tempo basta medir um intervalo de tempo ΔΤρη entreduas frentes sucessivas, descendente e depois ascendente 11,12; 14,15; 17,16,ou ascendente e depois descendente 13,14, como o mostra a Figura 4.
Para fazer isso, é utilizado um circuito retardador programávelde medição TIMERM, 18 do qual a freqüência de incrementação de mediçãoFTIMERM é predeterminada. O valor em unidade de tempo do timer dointervalo de tempo ΔΤρη, quer dizer o resultado VATpn da contagem peloTIMERM é então:
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O período ATtotal dos sinais de sincronização Si 1, Si2, Si3 éentão no instante tn:
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ou, na unidade de tempo do timer TIMERM:ATtotal = Np * VATpnNp sendo o número de frentes por período elétrico dos sinaisSi 1, Si2, Si3, quer dizer Np = 2*N.
Disso resulta que o valor inter-frente VATpn é ligado àvelocidade de rotação Vr (em rotação por minuto) pela relação seguinte:
VATpn = 60 * FTIMERM/(Np * Vr)
Integrar a lei de variação do ângulo de defasagem φ em funçãoda velocidade Vr na aplicação, é o mesmo portanto que integrar uma lei Lvque associa a cada valor inter-frente VATpn uma defasagem φ.
O pedido de patente conjunto "Processo e dispositivo degeração de sinais defasados e utilização dos mesmos" expõe em detalhe amaneira de reconstruir as frentes dos sinais Sol, So2, So3 defasados a partirde frentes de referência dos sinais de sincronização Sil3 Si2, Si3.
O valor VATl do retardo de comutação de nível ATl aintroduzir em relação a uma frente de referência é dado pela expressãoseguinte:
VATl - VATpn * ((φ" * Np)/360)
onde:
- φ" = φ' + Acpref
- φ' = 180 - φ
- φ é ο ângulo de fase de controle expresso em grau;
- Acpref é a defasagem cpO - cpr, expressa em graus, entre umafrente inicial de ângulo de fase inicial cpO do sinal de sincronização corrente ea frente de referência de ângulo de fase de referência cpr de um sinal desincronização de referência escolhido entre os sinais de sincronização Si 1,Si2, Si3.
Para uma máquina de três fases, os valores de Aípref são dadosnas tabelas Ia e Ib seguintes:Tabela 1a
<table>table see original document page 16</column></row><table>
A figura 5 mostra as variações de φ e de φ" em função de φ'.Quando φ' varia de 0 a 360, o ângulo de defasagem φ varia de -180° a +180°,cobrindo assim a totalidade da faixa de defasagens possíveis, mas os valoresde φ" que intervém na expressão que dá o valor VATl permanecemcompreendidos entre 30° e 90°, minimizando assim o retardo de comutação denível ΔΤ1.
De acordo com o processo da invenção, a lei de variação doângulo de defasagem φ em função da velocidade de rotação Vr é representadopor uma primeira tabela 19 de duas colunas, ou vetores. A primeira colunacontém os valores de VATpn, e a segunda coluna os valores correspondentesde VAT1.
Os valores dos dois vetores são escolhidos de modo a que setenha o melhor compromisso entre um comando fino e preciso (um númeroelevado de pontos) e um tempo de cálculo aceitável para evitar umasobrecarga da unidade central CPU do microcontrolador utilizado 5 (umnúmero menos elevado de pontos). Uma interpolação linear é vantajosamenteutilizada para afinar os cálculos.
Como o esquematiza a Figura 6, a função de decalagem 20tem necessidade, além do valor VATl do retardo de comutação de nível ΔΤ1,do valor de decalagem φ' para identificar a frente de referência a partir daqual o valor VATl será carregado no circuito retardador programável correnteTIMERl, TIMER2, TIMER3 que cria retardo.
Essa informação é determinada graças a uma segundatabulação 21 paralela à primeira 19. Nesse caso, a informação de indexaçãoserá sempre o valor VATpn medido e o valor procurado será o ângulo φ'correspondente.
Na prática, a integração da lei de comando em um intervalolimitado permite se liberar da segunda tabulação 21, pois nesse caso A(prefconserva um valor constante que é possível simplesmente informar de ummodo estático, como o mostra o exemplo de execução abaixo.
A lei de variação φ = F (Vr) do ângulo de defasagem φ emfunção da velocidade de uma máquina giratória elétrica 2 de três fases érepresentada na Figura 7.
A partir de uma velocidade de 200 rpm é aplicado um avançoφ de 30° para tender para 90° de decalagem em torno das 6000 rpm.
Nesse intervalo de valores de defasagem:
- Aípref conserva um valor constante nulo (a frente dereferência é tomada na frente ascendente);
-φ" = Φ'
- VATl = VATpn * φ' / 60)
A conversão da velocidade em valores inter-frente VATpnpelo circuito retardador programável de medição TIMERM, 18 do períodointer-frente ATpn medido nos sensores de posição da máquina 2, leva à lei devariação do retardo de comutação de nível VATl representada na Figura 8.
A figura 9 mostra as variações da defasagem real φ queresultam disso.
O método de integração da lei de variação do ângulo dedefasagem φ em função da velocidade de rotação Vr é aplicável ao processode base de geração de sinais defasados, assim como a sua variante, expostosno pedido de patente conjunto, quer dizer que a regeneração dos sinais dedecalagem sejam efetuados por contadores programáveis TIMERM,TIMERl, TIMER2, TIMER3, ou que a regeneração dos sinais seja realizadapor módulos de modulação de amplitude de pulso programáveis PWM1,PWM2, PWM3 e a decalagem por contadores programáveis TIMERM,TIMERl, TIMER2, TIMER3.
As Figuras 10 e 11 mostram a arquitetura geral do dispositivo5, 9 adaptado à execução do processo de geração dos sinais de comando Swl5Sw2, Sw3 de acordo com a invenção.
O microcontrolador 5 utilizado é de preferência ummicrocontrolador 16 bits de tipo MC9S12DG128 fabricado pela sociedadeMOTOROLA, que compreende:
- uma unidade central de tratamento 22, da qual a freqüênciado relógio interno Fbus do bus interno é de preferência de 20 MHz;
- uma memória não volátil 23 de tipo "flash", de preferênciade 128 K octetos;
- uma memória RAM 24, que tem de preferência umacapacidade de 8 K octetos (RAM é o acrônimo inglês de "Random AccessMemory", quer dizer "Memória de Acesso Aleatório");
- uma capacidade I/O 6, 7, 8, 25 (I/O designa Entradas/Saídas,Input/Output em inglês);
- um periférico ECT 26 (ECT é o acrônimo inglês de"Enhanced Capture Timer", quer dizer "Contador de Aquisição Otimizado");
-um periférico PWM 27 (PWM é o acrônimo inglês de "PulseWidth Modulation", quer dizer "Modulação em Amplitude de Pulsos";
- uma interface CAN 28 (CAN é o acrônimo inglês de"Controller Area Network", quer dizer "Rede Local de Controladores");
- uma interface JTAG (JTAG é o acrônimo inglês de "Join
Test Action Group", quer dizer "Grupo de Ação para os Testes Comum")para a programação e a depuração de erros de programação de acordo com opadrão IEEEl 149.1.
Por uma linha de saída 25 dedicada, o microcontrolador 5comanda SS das portas analógicas 9 constituídas de preferência por ummultiplexador-desmultiplexador de tipo 74HC4053.
O módulo ECT 26 compreende um contador programável 18destinado a medir a velocidade de rotação Vr e circuitos retardadoresprogramáveis 29, 20, 31 destinados a gerar os sinais defasados Sol, So2, So3em um primeiro modo de realização preferido representado na Figura 10.
Alternativamente, como o mostra a Figura 11, os sinaisdefasados Sol, So2, So3 são reconstruídos por módulos de modulação emamplitude de pulsos programáveis 32, 33, 34 do periférico PWM 27 no lugarde sê-lo pelos circuitos retardadores programáveis 29, 30, 31.
Os valores nominais de velocidade da máquina são passadosao dispositivo de geração 5,9 de sinais de comando Swl, Sw2, Sw3 a partir deum bus embarcado de tipo CAN 35 via a interface dedicada 28.
A implementação do processo de acordo com a invenção emum tipo especial de microcontrolador 5, limitando-se à geração dos três sinaisde comando Sw 1, Sw2, Sw3 de uma máquina trifásica 2, só é dada a título deexemplo.
O profissional levará sem dificuldades os algoritmos descritospara outros componentes programáveis tais como microprocessadoresassociados a memórias, ou FPGA (FPGA é o acrônimo inglês de "FieldProgrammable Gate Array" quer dizer de "Rede de Portas Programáveis Pré-difundida") para um número qualquer de fases.
Como é evidente, a invenção não se limita portanto somenteaos modos de execução preferenciais descritos acima. Ela engloba aocontrário todas as variantes possíveis de realização dentro do limite do objetodas reivindicações abaixo.
Claims (22)
1. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2, Sw3)de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) que compreendeenrolamentos de fases (4) e sensores (1) da posição do rotor em número igualao número das ditas fases, do tipo daqueles nos quais os ditos sinais decomando (Swl, Sw2, Sw3) que comandam a alimentação de potência (10)dos ditos enrolamentos (4) são constituídos por sinais defasados (Sol, So2,So3) com o auxílio de uma unidade de tratamento (5) de um ângulo dedefasagem (φ) continuamente variável em relação a sinais de sincronização(Si1, Si2, Si3) produzidos pelos ditos sensores (1), a dita unidade detratamento (5) compreendendo entradas (8) que recebem os ditos sinais desincronização (Sil, Si2, Si3) e saídas (6, 7) que emitem os ditos sinaisdefasados (Sol, So2, So3), caracterizado pelo fato de que os ditos sinais desincronização (Sil, Si2, Si3) são sinais binários que apresentam frentes desincronização (11-17) e pelo fato de que as frentes ascendentes edescendentes dos ditos sinais defasados (Sol, So2, So3) são geradas depois deum retardo de comutação de nível (ΔΤ1) que é função de pelo menos o ditoângulo de defasagem (φ) a partir de pelo menos uma frente de referênciaescolhida entre as ditas frentes de sincronização tal que o dito retardo (ΔΤ1) é mínimo.
2. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2, Sw3)de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos sinais de comando(Sw1, sw2, Sw3) são idênticos aos ditos sinais de sincronização (Sil, Si2,Si3) em condições de funcionamento específicas, notadamente quando avelocidade de rotação (Vr) da dita máquina (2) é inferior a uma primeiravelocidade mínima (Vminl), ou superior a uma primeira velocidade máxima(Vmaxl).
3. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2, Sw3)de uma máquina elétrica giratória polifásica de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que as ditas condições de funcionamentoespecíficas compreendem o caso em que a dita velocidade de rotação (Vr):- aumenta e permanece inferior a uma segunda velocidademínima (Vmin2) superior à dita primeira velocidade mínima (Vminl);- diminui e permanece superior a uma segunda velocidademáxima (Vmax2) inferior à dita primeira velocidade máxima (Vminl), a ditasegunda velocidade máxima (Vmax2) sendo superior à dita segundavelocidade mínima (Vmin2).
4. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2, Sw3)de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com uma qualquerdas reivindicações 2 ou 3 precedentes, caracterizado pelo fato de que as ditascondições de funcionamento específicas compreendem o caso em que a ditaunidade de tratamento (5) está parada.
5. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2, Sw3)de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com uma qualquerdas reivindicações 2 ou 3 precedentes, caracterizado pelo fato de que, nasditas condições de funcionamento específicas, a dita unidade de tratamento(5) re-copia os níveis lógicos das ditas entradas (8) nas ditas saídas (6, 7).
6. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2, Sw3)de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com uma qualquerdas reivindicações 2 a 4 precedentes, caracterizado pelo fato de que, nas ditascondições de funcionamento específicas, a dita unidade de tratamento (5)comanda a comutação dos ditos sinais de comando (Swl, Sw2, Sw3) nas ditasentradas (8).
7. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2, Sw3)de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com uma qualquerdas reivindicações 2 a 6 precedentes, caracterizado pelo fato de que os ditossinais de sincronização (Sil, Si2, Si3) tendo uma relação cíclica igual a 0,5 esendo defasados entre si de um ângulo de defasagem nominal (Φ) em grausigual a 360° dividido pelo dito número de fases, mede-se um intervalo detempo (ΔΤρη) compreendido entre duas das ditas frentes de sincronização(11-17) sucessivas, uma sendo ascendente e a outra descendente.
8. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2, Sw3)de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com areivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um valor inter-frente (VATpn)do dito intervalo de tempo (ΔΤρη) resulta de uma contagem com o auxílio deum circuito retardador programável de medição (TIMERM) associado aosditos sinais de sincronização (Sil, Si2, Si3) que têm uma freqüência deincrementação de medição (FTIMERM) predeterminada.
9. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2, Sw3)de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com areivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a determinação das ditascondições de funcionamento específicas da máquina compreende acomparação do dito valor inter-frente (VATpn) com um grupo de valoresinter-frente nominais.
10. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2,Sw3) de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com areivindicação 8, caracterizado pelo fato de que fora das condições defuncionamento específicas, o dito ângulo de defasagem (Φ) é uma função dadita velocidade de rotação da máquina.
11. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2,Sw3) de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com areivindicação 10, caracterizado pelo fato de que cada valor (VATl) do ditoretardo (ΔΤ1), em unidade de tempo igual ao inverso da dita freqüência deincrementação de medição, é tabulado para cada valor inter-frente (νΔΤρη)em uma primeira tabela (19).
12. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2,Sw3) de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com areivindicação 11, caracterizado pelo fato de que um valor de decalagem (φ')igual ao complemento a 180° do dito ângulo de defasagem (φ) é tabulado paracada valor inter-frente (VATpn) em uma segunda tabela (21).
13. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2,Sw3) de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com asreivindicações 11 e 12, caracterizado pelo fato de que ele compreende asetapas seguintes:- torna-se a freqüência de incrementação corrente (FTIMER1)de um circuito retardador programável corrente (TIMERl) associado a umsinal de sincronização corrente (Sil) igual à dita freqüência de incrementaçãode medição (FTIMERM);- associa-se uma linha de saída corrente ao dito circuitoretardador programável corrente (TIMER1);- identifica-se a dita frente de referência a partir do dito valorde decalagem (φ') lido na dita segunda tabela (21);- carrega-se o valor corrente (VATl) do dito retardo (ΔΤ1) lidona dita primeira tabela (19) no dito circuito retardador programável corrente(TIMER1);- configura-se o dito circuito retardador programável corrente(TIMERl) de maneira que a dita linha de saída corrente efetue uma primeiratransição de um nível alto para um nível baixo, ou então uma segundatransição de um nível baixo para um nível alto, quando um contador correntedo dito retardador programável corrente (TIMERl) atinge o dito valorcorrente (VAT1);- gera-se o dito sinal binário defasado corrente (Sol) com oauxílio da dita linha de saída corrente.
14. Processo de geração de sinais de comando (Swl, Sw2,Sw3) de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com asreivindicações 11 e 12, caracterizado pelo fato de que ele compreende asetapas seguintes:- torna-se a freqüência de incrementação corrente (FTIMER1)de um circuito retardador programável corrente (TIMERl) associado ao ditosinal de sincronização corrente (Sil) igual à dita freqüência de incrementaçãode medição (FTIMERM);- identifica-se a dita frente de referência a partir do dito valorde decalagem (φ') lido na dita segunda tabela (21);- carrega-se o valor corrente (VATl) do dito retardo (ΔΤ1) lidona dita primeira tabela (19) no dito circuito retardador programável corrente (TIMER1);- ativa e uma interrupção corrente associada ao dito circuitoretardador programável corrente (TIMERl) que se produz a cada vez que odito valor corrente (VATl) é atingido;- torna-se a freqüência de contagem corrente (FPWM) de umcontador programável corrente de um módulo de modulação de amplitude depulsos programável corrente (PWMl) igual à dita freqüência deincrementação de medição (FTIMERM) dividida pelo dobro do dito númerode fases;- associa-se uma linha de saída corrente ao dito módulo demodulação de amplitude de pulsos programável corrente (PWM1);- carrega-se um registro de período corrente e um registro derelação cíclica corrente do dito módulo de modulação de amplitude de pulsosprogramável corrente (PWMl) respectivamente com o dito valor inter-frente(VATpn) e com a metade do dito valor inter-frente (VATpn);- configura-se o dito módulo de modulação de amplitude depulsos programável corrente (PWMl) de modo que a dita linha de saídacorrente sofra uma transição inicial de um nível alto para um nível baixo, edepois uma primeira transição de um nível baixo para um nível alto quando odito contador programável corrente atinge um valor intermediário correntecontido no registro de relação cíclica corrente, e finalmente uma segundatransição de um nível alto para um nível baixo quando o dito contadorprogramável corrente atinge um valor final corrente contido no dito registrode período corrente a cada acionamento da dita interrupção corrente;- gera-se o dito sinal binário defasado corrente (Sol) com oauxílio da dita linha de saída corrente.
15. Dispositivo de geração (5, 9) de sinais de comando (Swl,Sw2, Sw3) de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) que compreendeenrolamentos de fases (4) e sensores (1) da posição do rotor em número igualao número das ditas fases, do tipo daqueles que compreendem linhas decomando destinadas a comandar a alimentação de potência (10) dos ditosenrolamentos (4), e uma unidade de tratamento (5) que apresenta entradas (8)que recebem sinais de sincronização (Sil, Si2, Si3) produzidos pelos ditossensores (1), e saídas (6, 7) que emitem sinais defasados (Sol, So2, So3) emrelação aos ditos sinais de sincronização (Sil, Si2, Si3) caracterizado pelofato de que ele compreende além disso circuitos de comutação (9)comandados por um sinal de orientação (Ss) emitido pela dita unidade detratamento (5) e que liga as ditas linhas de comando ou às ditas entradas (8),ou às ditas saídas (6, 7), em função da velocidade de rotação (Vr) da ditamáquina (2) e/ou do estado da dita unidade de tratamento (5).
16. Dispositivo de geração (5, 9) de sinais de comando (Swl,Sw2, Sw3) de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com areivindicação 15, caracterizado pelo fato de que os ditos circuitos decomutação (9) são portas analógicas.
17. Dispositivo de geração (5, 9) de sinais de comando (Swl,Sw2, Sw3) de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo comuma qualquer das reivindicações 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que adita unidade de tratamento (5) é constituída por um microprocessador ou porum microcontrolador que compreende:- pelo menos uma unidade central (22);- pelo menos uma memória volátil (24) e/ou pelo menos umamemória não volátil (23);- pelo menos um contador programável (18) que mede a ditavelocidade de rotação (Vr);- circuitos retardadores programáveis (29, 30, 31) em númeropelo menos igual ao dito número de fases;- pelo menos uma porta de entrada (8) que recebe sinais desincronização (Sil, Si2, Si3) produzidos pelos ditos sensores (1);- pelo menos uma primeira capacidade de saída (6) que emitesinais defasados (Sol, So2, So3) em relação aos ditos sinais de sincronização(Sil, Si2, Si3);- pelo menos uma segunda capacidade de saída (25) que emiteo dito sinal de orientação (Ss).
18. Dispositivo de geração (5, 9) de sinais de comando (Swl,Sw2, Sw3) de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo comuma qualquer das reivindicações 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que adita unidade de tratamento (5) é constituída por um microprocessador ou porum microcontrolador que compreende:- pelo menos uma unidade central (22);- pelo menos uma memória volátil (24) e/ou pelo menos umamemória não volátil (23);- pelo menos um contador programável (18) que mede a ditavelocidade de rotação (Vr);- circuitos retardadores programáveis (29, 30, 31) em númeropelo menos igual ao dito número de fases;- módulos de modulação de amplitude pulsos programáveis(32, 33, 34) em número pelo menos igual ao dito número de fases;- pelo menos uma porta de entrada (8) que recebe sinais desincronização (Sil, Si2, Si3) produzidos pelos ditos sensores (1);- pelo menos uma primeira capacidade de saída (7) que emitesinais defasados (Sol, So2, So3) em relação aos ditos sinais de sincronização(Sil, Si2, Si3);- pelo menos uma segunda capacidade de saída (25) que emiteo dito sinal de orientação (Ss).
19. Dispositivo de geração (5, 9) de sinais de comando (Sw 1,Sw2, Sw3) de uma máquina elétrica giratória polifásica de acordo com umaqualquer das reivindicações 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que a ditamemória não volátil (24) contém uma primeira tabela (19) que associadecalagens temporais (VATl) dos ditos sinais defasados (Sol, So2, So3)carregados nos ditos circuitos retardadores programáveis (29, 30, 31) avalores (VATpn) representativos da dita velocidade de rotação (Vr)produzidos pelo dito contador programável (18).
20. Dispositivo de geração (5, 9) de sinais de comando (Swl,Sw2, Sw3) de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo com areivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a dita memória não volátil(24) contém uma segunda tabela (21) que associa o complemento a 180° dasdefasagens (φ) dos ditos sinais defasados (Sol, So2, So3) aos ditos valoresrepresentativos (VATpn) da dita velocidade de rotação (Vr) produzidos pelodito contador programável (18).
21. Dispositivo de geração (5, 9) de sinais de comando (Swl,Sw2, Sw3) de uma máquina elétrica giratória polifásica (2) de acordo comuma qualquer das reivindicações 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que asditas memórias (23, 24) contêm um programa que executa o processo deacordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 14 precedentes.
22. Seqüências de instruções caracterizadas pelo fato de queelas são executáveis pelo dispositivo (5, 9) de acordo com uma qualquer dasreivindicações 15 a 21 que emprega o processo de acordo com uma qualquerdas reivindicações 1 a 14.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B11A | Dismissal acc. art.33 of ipl - examination not requested within 36 months of filing | ||
| B11Y | Definitive dismissal acc. article 33 of ipl - extension of time limit for request of examination expired |