BR102014001127B1

BR102014001127B1 - Sistema de conversão de energia para acionar um motor elétrico ac, método e mídia legível por computador não transitória para controlar o referido motor

Info

Publication number: BR102014001127B1
Application number: BR102014001127-7A
Authority: BR
Inventors: Jingbo Liu; Thomas Nondahl; Peter Schmidt; Semyon Royak
Original assignee: Rockwell Automation Technologies, Inc
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2021-06-15
Also published as: US9124209B2; US20140197774A1; CN103929051B; BR102014001127A2; EP2757670B1; CN103929051A; EP2757670A1

Abstract

método e aparelho para controlar conversor de energia com filtro de saída de inversor. conversores de energia e métodos são apresentados para acionar uma carga ac conectada por meio de um circuito de filtro interveniente, nos quais pelo menos um sinal ou valor de corrente ou de tensão de filtro é determinado de acordo com sinais ou valores de realimentação representando um parâmetro de saída em uma saída ac do conversor de energia, e energia elétrica de saida ac é gerada na saída ac com base pelo menos parcialmente no pelo menos um sinal ou valor de corrente ou de tensão de filtro

Description

ANTECEDENTES

[001] Sistemas de conversão de energia são usados para gerar e fornecer energia de saída AC para uma carga, tal como um motor AC de fase única ou de múltiplas fases acionado por um estágio de inversor de um conversor de energia de acionamento de motor. Inversores de saída modulados por largura de pulso (PWM) fornecem correntes e tensões de saída incluindo diversos pulsos, e filtros de saída algumas vezes são empregados entre o conversor de energia e a carga acionada para reduzir o alto conteúdo de frequência causado por modulação por largura de pulso. Apresença do filtro de saída entre o sistema de conversão deenergia e a carga, entretanto, torna mais difícil controle preciso das tensões e/ou corrente fornecidas para a carga, já que a energia entregue para a carga é diferente daquela entregue para a entrada do filtro. Em particular, o estágio de inversor de saída pode ser controlado de acordo com sinais de realimentação medidos nos terminais de saída de inversor, e estes valores de realimentação podem não representar as correntes ou tensões fornecidas no final para a carga. Sensores de realimentação podem ser fornecidos na carga propriamente dita para medição direta dos parâmetros de carga, mas isto aumenta custo de sistema, e pode não ser possível em todas as aplicações. Desta maneira, existe uma necessidade de sistemas e técnicas de conversão de energia aperfeiçoados para acionar uma carga por meio de um circuito de filtro interveniente pelos quais controle de carga possa ser facilitado sem exigir sensores de realimentação extras posicionados na carga e sem modificação significativa para o sistema de controle de inversor do conversor de energia.

SUMÁRIO

[002] Vários aspectos da presente revelação são agora resumidos para facilitar um entendimento básico da revelação, em que este sumário não é uma vista geral extensiva da revelação, e não é pretendido para identificar certos elementos da revelação nem para delinear o escopo do mesmo. Em vez disto o propósito principal deste sumário é apresentar vários conceitos da revelação em uma forma simplificada antes da descrição mais detalhada que é apresentado em seguida.

[003] Sistemas de conversão de energia e metodologias de operação são revelados para energizar uma carga por meio de um circuito de filtro interveniente, os quais encontram utilidade em associação com acionamentos de motores ou outras formas de conversores de energia, e podem ser empregados para energizar ou acionar qualquer forma de carga, tal como um motor síncrono de ímã permanente de fase única ou de múltiplas fases (PMSM). Estas técnicas podem ser implementadas de modo bem sucedido para facilitar controle aperfeiçoado sobre motores acionados e outras cargas sem mudança significativa para configuração de controlador de inversor e sem exigir a adição de sensores de realimentação direta na carga.

[004] Conversores de energia são revelados, os quais incluem um inversor e um controlador associado que determina uma ou mais correntes ou tensões de filtro representando uma ou mais correntes de capacitor de filtro ou tensões de indutor de filtro do circuito de filtro interveniente, com base em um ou mais sinais ou valores de realimentação de saída de inversor. O controlador fornece sinais de controle de comutação de inversor com base pelo menos em parte nas correntes ou tensões de filtro. Em certas modalidades, o conversor de energia pode ser um acionamento de motor, com o inversor fornecendo energia de saída para acionar uma carga de motor por meio do circuito de filtro interveniente.

[005] Em certas modalidades, o controlador computa um ponto de ajuste de corrente com base em uma velocidade desejada e velocidade de motor, e computa um valor de corrente de capacitor de filtro de acordo com a velocidade de motor, uma referência de tensão compensada e um valor de capacitância de filtro. O controlador computa um valor de ponto de ajuste de corrente compensado com base no ponto de ajuste de corrente e no valor de corrente de capacitor de filtro, e fornece os sinais de controle de comutação de inversor com base pelo menos parcialmente no ponto de ajuste de corrente compensado.

[006] Em várias modalidades, o controlador computa uma referência de tensão com base no ponto de ajuste de corrente compensado e em realimentação de corrente de saída representando uma corrente de saída na saída de inversor. O controlador computa um valor de tensão de pré-alimentação com base na realimentação de corrente de saída, na velocidade de motor, no valor de corrente de capacitor de filtro e em um valor de indutância de filtro. O controlador computa um valor de referência de tensão compensado com base na referência de tensão e na referência de tensão de pré-alimentação, e fornece os sinais de controle de comutação de inversor com base pelo menos parcialmente no valor de referência de tensão compensado.

[007] Métodos são fornecidos para controlar um motor elétrico AC conectado a um acionamento de motor por meio de um circuito de filtro interveniente. O método inclui determinar pelo menos uma corrente ou tensão de filtro representando uma corrente de capacitor de filtro ou tensão de indutor de filtro do circuito de filtro interveniente com base em pelo menos um sinal ou valor de realimentaçãode saída de acionamento de motor representando uma correntede saída na saída AC do acionamento de motor, e gerar energia elétrica de saída AC na saída de acionamento de motor pelo menos parcialmente de acordo com a corrente ou tensão de filtro.

[008] Em certas modalidades, o método inclui determinar um valor de corrente de capacitor de filtro representando corrente fluindo em um capacitor de filtro do circuito de filtro interveniente com base em um sinal ou valor de velocidade de motor, um valor de referência de tensão compensado e em um valor de capacitância de filtro. O valor de ponto de ajuste de corrente compensado é computado com base pelo menos parcialmente no valor de corrente de capacitor de filtro, e os sinais de controle de comutação de inversor são fornecidos pelo menos parcialmente de acordo com o valor de ponto de ajuste de corrente compensado.

[009] Certas modalidades do método incluemadicionalmente determinar pelo menos um sinal ou valor de ponto de ajuste de corrente com base pelo menos parcialmente em uma velocidade de motor desejada e no sinal ou valor de velocidade de motor, assim como computar o valor de ponto de ajuste de corrente compensado com base no valor de ponto de ajuste de corrente e no valor de corrente de capacitor de filtro.

[010] Em certas modalidades, além disso, o método inclui computar um valor de referência de tensão com base no valor de ponto de ajuste de corrente compensado e em pelo menos um sinal ou valor de realimentação de corrente de saída de inversor representando uma corrente de saída na saída de inversor. Além do mais, um valor de referência de tensão de pré-alimentação é computado com base no(s) sinal(s) ou valor(s) de realimentação de corrente de saída, e um valor de referência de tensão compensado é determinado com base no valor de referência de tensão e no valor de referência de tensão de pré-alimentação, com os sinais de controle de comutação de inversor sendo fornecidos pelo menos parcialmente de acordo com o valor de referência de tensão compensado.

[011] Mídias legíveis por computador não transitórias são providas com instruções executáveis por computador para controlar um motor elétrico AC conectado a um acionamento de motor por meio de um circuito de filtro interveniente de acordo com os métodos descritos.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

[012] A descrição e desenhos a seguir expõem detalhadamente certas implementações ilustrativas da revelação, as quais são indicativas de diversos modos exemplares nos quais os vários princípios da revelação podem ser executados. Os exemplos ilustrados, entretanto, não são exaustivos das muitas modalidades possíveis da revelação. Outros objetivos, vantagens e recursos inéditos da revelação serão expostos na descrição detalhada a seguir quando considerada em combinação com os desenhos, nos quais:

[013] A figura 1 é um diagrama esquemático simplificado ilustrando um acionamento de motor com um controlador de inversor configurado para controlar corrente de motor com base em sinais ou valores de corrente de saída de inversor detectados enquanto compensando a presença de um filtro de saída entre a saída de acionamento de motor e um motor síncrono de ímã permanente (PMSM) acionado;

[014] A figura 2 é um diagrama esquemático ilustrando detalhes adicionais do controlador de inversor da figura 1;

[015] A figura 3 é um diagrama esquemático ilustrando detalhes adicionais de um componente de cálculo de corrente de filtro, de um componente de referência de corrente, assim como de um componente de pré-alimentação proporcional integral (PI) de corrente do controlador de inversor das figuras 1 e 2; e

[016] A figura 4 é um fluxograma ilustrando um processo para acionar uma carga de motor por meio de um circuito de filtro interveniente.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[017] Referindo-se agora às figuras, diversas modalidades ou implementações são descritas em seguida em combinação com os desenhos, em que números de referência iguais são usados para se referir a elementos iguais por todos eles, e em que os vários recursos não estão necessariamente desenhados em escala.

[018] Conversores de energia e métodos são revelados para controlar uma carga conectada por meio de um circuito de filtro interveniente, pelos quais controle aperfeiçoado pode ser facilitado sem a adição de sensores de realimentação extras ou modificações extensivas para esquemas de controle de saída de inversor. Estes conceitos são descritos em seguida no contexto de um conversor de energia de acionamento de motor controlando um motor síncrono de ímã permanente (PMSM) AC, contudo a invenção não está limitada a conversores de energia do tipo acionamento de motor, ou a cargas do tipo PMSM. As modalidades descritas utilizam somente as medições de correntes de saída de inversor (sem detectar diretamente tensões e/ou correntes na carga de motor acionado), e por esta razão facilitam a adição de um filtro interveniente para qualquer sistema de acionamento de motor/motor acionado sem impactar significativamente custo e/ou complexidade. Consequentemente, os sistemas e métodos de conversão de energia revelados presentemente apresentam um avanço significativo em relação às tentativas para introduzir laços de controle cascateados adicionais, observadores de ordem total adaptativos e/ou outros componentes ou etapas de processamento complicados em uma arquitetura de controle de vetor de inversor PMSM, e também facilitam controle de motor aperfeiçoado sem exigir hardware extra ou mudanças principais na estrutura de controle para um acionamento de PMSM convencional ou outro tipo de sistema de conversão de energia.

[019] Exemplos revelados incluem um esquema de controle simples para acionamentos de PMSM com um filtro de saída de inversor considerando dinâmica de filtro, sem uso de qualquer hardware adicional. Várias modalidades, além disso, podem ser empregadas em uma variedade de sistemas de conversão de energia, incluindo sem limitação acionamentos AC de fonte de tensão equipados com um filtro de saída, ou conversores de energia instalados para acionar um motor por meio de um filtro de saída interveniente, se o circuito de filtro interveniente é integral ao acionamento ou não. O aparelho e métodos revelados fornecem assim uma solução simples ao considerar dinâmica de filtro de saída com desempenho aperfeiçoado sem maiores mudanças de hardware ou software em um acionamento existente. As técnicas reveladas, além disso, exigem somente as medições da corrente de saída de inversor sem sensores adicionais para fornecer valores de tensão e/ou de corrente diretamente da carga acionada, e assim um filtro pode ser facilmente acrescentado a um acionamento existente sem quaisquer modificações de hardware. Em certas modalidades, além disso, um gerador de referência de corrente aperfeiçoado é fornecido, e um novo controle de pré-alimentação é fornecido para um controlador proporcional/integral (PI) de laço de corrente em um controlador de inversor.

[020] A figura 1 mostra um acionamento de motor síncrono de ímã permanente (PMSM) 40 com um inversor 46 e um controlador de inversor 100 configurado para controlar corrente de uma carga de motor acionado 20 com base nos sinais ou valores de corrente de saída de inversor detectados iu, iv, iw representando correntes de saída fluindo na saída AC 46B do inversor 46. O controlador 100, além disso, é configurado para compensar a presença de um filtro de saída 30 conectado entre a saída de acionamento de motor 46B e o motor acionado 20.

[021] Tal como visto na figura 1, a acionamento 40 recebe energia de entrada AC de fase única ou de múltiplas fases de uma fonte de energia 10 e a converte em uma tensão de barramento DC usando um retificador 42 fornecendo uma tensão de saída DC para um circuito de ligação DC 44 tendoum capacitor C. O retificador 42 pode ser um retificador passivo incluindo um ou mais componentes de retificador dediodo, ou pode ser um sistema de extremidade frontal ativa (AFE) com um ou mais dispositivos de comutação de retificador (por exemplo, IGBTs, etc.) e um controlador de retificador associado (não mostrado) para converter energiaelétrica AC de entrada para fornecer a tensão de barramentoDC no circuito de ligação 44. Outras configurações são possíveis nas quais o acionamento 40 recebe energia DC de entrada de uma fonte externa (não mostrada) para fornecer uma entrada para o inversor 46, em cujo caso o retificador 42 pode ser omitido. O circuito de ligação DC 44, além disso, pode incluir um único capacitor C ou múltiplos capacitores conectados em qualquer configuração em série, paralela e/ou em série/paralela adequadas para fornecer uma capacitância de ligação DC através dos terminais de entrada de inversor 46A. Além do mais, embora o acionamento de motor ilustrado 40 seja uma configuração de conversor de fonte de tensão incluindo um ou mais elementos de armazenamento capacitivos no circuito de ligação DC 44, osvários conceitos da presente revelação podem ser implementados em associação com arquiteturas de conversor de fonte de corrente nas quais um circuito de ligação DC 44 inclui um ou mais elementos de armazenamento indutivos, tais como um ou mais indutores conectados em série situados entre a fonte de energia DC (por exemplo, o retificador 42 ou fonte DC externa) e a entrada 46A do inversor 46. Em outras implementações possíveis, o acionamento de motor 40 inclui uma entrada DC direta para receber energia de entrada de uma fonte externa (não mostrada), e em certas modalidades o retificador 42 e o circuito de ligação DC 44 podem ser omitidos.

[022] O inversor 46 inclui uma entrada DC 46A tendo primeiro e segundo (por exemplo, positivo e negativo) terminais conectados ao circuito de ligação DC 44, assim como uma pluralidade dos dispositivos de comutação S1-S6 acoplados entre a entrada DC 46A e a saída AC de acionamento de motor 46B. Em operação, os dispositivos de comutação de inversor S1-S6 são acionados pelos sinais de controle de comutação de inversor 102 fornecidos pelo controlador 100 a fim de converter energia elétrica DC recebida na entrada DC 46A para fornecer energia elétricade saída AC na saída AC 46B. O circuito de filtro 30 recebea saída AC do inversor 46 do acionamento de motor 40, e é conectado em seguida aos enrolamentos de fase da carga de motor 20. Embora ilustrado como acionando um motor síncrono de ímã permanente 20, o acionamento de motor 40 pode ser empregado em conexão com outros tipos das cargas de motor AC 20 e/ou outras formas de conversores de energia para acionar as cargas não de motor 20 usando um inversor de saída 46. No sistema ilustrado, além disso, um ou mais sinais ou valores de realimentação podem ser fornecidos pelo motor 20 propriamente dito, incluindo uma posição de motor (por exemplo, rotor) ou sinal de ângulo θr e uma velocidade de motor ou sinal de velocidade Wr, embora não seja uma exigência rígida de todas as modalidades da presente revelação. Neste aspecto, o acionamento de motor 40 em certas modalidades implementa um esquema de controlede velocidade e/ou de posição e/ou de torque de motor noqual o controlador de inversor 100 seletivamente fornece os sinais de controle de comutação 102 em um modo de laço fechado e/ou aberto de acordo com um ou mais valores de pontos de ajuste tais como um ponto de ajuste de velocidade de motor Wr*. Na prática, o acionamento de motor 40 também pode receber um ponto de ajuste de torque e/ou um ponto de ajuste de posição (por exemplo, ângulo), e tais sinais ou valores desejados (pontos de ajuste) podem ser recebidos de uma interface de usuário e/ou de um dispositivo externo tal como um sistema de controle distribuído, etc. (não mostrado).

[023] Tal como visto na figura 1, além disso, o acionamento de motor 40 é conectado à carga 20 por meio de um circuito de filtro interveniente 30. No exemplo ilustrado, o filtro 30 é uma configuração “L-C” na qual cada uma das linhas de saída de conversor de energia é conectada ao motor por meio de um indutor de filtro conectado em série Lf, com um capacitor de filtro correspondente Cf conectado entre a linha de motor correspondente e um ponto de conexão comum (um neutro de um conjunto conectado em Y de capacitores de filtro Cf no exemplo ilustrado). Outras implementações são possíveis nas quais os capacitores de filtro Cf são conectados em uma configuração “Delta”. Na configuração ilustrada (conectados em Y), além disso, o ponto neutro de circuito de filtro opcionalmente pode ser conectado a um terra de circuito ou a outro ponto de conexão associado com o acionamento de motor 40, embora não seja uma exigência rígida da presente revelação. O aparelho e técnicas revelados podem ser empregados em conexão com outras formas e tipos dos circuitos de filtro 30, incluindo sem limitação circuitos L-C-L, etc., cujo comportamento tipicamente pode ser modelado tal como um sistema de segunda ordem. Tal como visto na figura 1, além disso, as correntes de fase im fornecidas para a carga de motor 20 pela saída do circuito de filtro 30 controlarão a operação do motor 20, enquanto que as correntes de filtro iC (isto é, correntes de capacitor de filtro) podem fluir nos capacitores de filtro Cf e as tensões diferentes de zero vL (isto é, tensões de filtro) podem se desenvolver através de um ou mais dos indutores de filtro Lf, pelo que controle de laço fechado simples baseado nos sinais ou valores de corrente de saída de inversor medidos iu, iv, iw pode resultar em operação abaixo da ideal da carga acionada 20. Ao mesmo tempo, entretanto, medir diretamente as correntes de motor im e/ou tensões de motor exigiria hardware e cabeamento adicionais, o que pode não ser economicamente exequível ou tecnicamente possível em certas aplicações.

[024] Referindo-se também às figuras 2-4, o acionamento 40 inclui um ou mais sensores de corrente configurados para medir, detectar ou mensurar de outro modo pelo menos um sinal ou valor de realimentação de saída de inversor (por exemplo, as correntes de saída iu, iv, iw) que representa a corrente de saída na saída AC 46B do inversor 46, e o controlador 100 é programado ou configurado de outro modo para determinar pelo menos um sinal ou valor de corrente ou de tensão de filtro representando uma corrente de capacitor de filtro iC ou a tensão de indutor de filtro vL do circuito de filtro interveniente 30 com base pelo menos em parte na realimentação de saída de inversor (por exemplo, iu, iv, iw), e para fornecer os sinais de controle de comutação de inversor 102 pelo menos parcialmente de acordo com os sinais ou valores de corrente ou de tensão de filtro. Desta maneira, o controlador de inversor 100 acomoda a presença do circuito de filtro 30 entre a saída de acionamento de motor 46B e a carga de motor acionado 20, sem exigir adição de sensores externos. Além disso, o controlador 100 pode implementar um esquema de controle de motor convencional de outro modo sem ter que fornecer componentes observadores complicados ou modificar de outro modo o controle de laço fechado para acionar a carga de motor 20. O controlador 100 e os componentes do mesmo podem ser qualquer hardware, software executado por processador, firmware executado por processador, lógica ou combinações adequadas dos mesmos que sejam adaptados, programados ou configurados para implementar de outro modo as funções ilustradas e descritas neste documento. O controlador 100 em certas modalidades pode ser implementado, inteiro ou em partes, como componentes de software executados usando um ou mais elementos de processamento e pode ser implementado como um conjunto de subcomponentes ou objetos incluindo instruções executáveis por computador para operação usando dados legíveis por computador executando em uma ou mais plataformas de hardware tais como um ou mais computadores incluindo um ou mais processadores, armazenamentos de dados, memória, etc. Os componentes do controlador 100 podem ser executados no mesmo processador de computador ou em modo distribuído em dois ou mais componentes de processamento que estejam acoplados operacionalmente uns aos outros para fornecer a funcionalidade e operação descrita neste documento.

[025] As figuras 2 e 3 ilustram detalhes adicionais de uma modalidade não limitativa do controlador de inversor 100, e a figura 4 ilustra um processo para acionar uma carga de motor 20 por meio de um circuito de filtro interveniente 30 que pode ser implementado inteiro ou em partes via controlador de inversor 100 em certas modalidades. Tal como visto na figura 2, o controlador de inversor 100 recebe um sinal ou valor de velocidade de motor desejado «r* (por exemplo, de uma interface de usuário ou de outra fonte de ponto de ajuste) juntamente com um sinal ou valor de velocidade de motor «r. O sinal ou valor de velocidade «r pode ser obtido de qualquer fonte adequada, e pode ser fornecido por meio de ou derivado de sinais de realimentação provenientes da carga de motor 20 em certas modalidades, embora não seja uma exigência rígida da presente revelação. Além do mais, o controlador 100 recebe os sinais ou valores de realimentação de corrente de fase iu, iv, iw representando as correntes de saída na saída AC 46B do acionamento de motor 40 (por exemplo, de sensores de corrente de saída tal como visto na figura 1), e um sinal ou valor de tensão de barramento DC Vdc. Os parâmetros e variáveis de operação ilustrados e descritos neste documento podem ser um ou ambos de sinais e/ou valores (por exemplo, valores digitais), e o controlador 100 e outros componentes do acionamento de motor 40 podem incluir vários conversores analógico para digital assim como componentes de conversão de digital para analógico. Além disso, vários parâmetros computados e usados pelo controlador 100 e pelos componentes do mesmo podem ser representados em um sistema de referências síncronas (por exemplo, eixos d-q nos exemplos ilustrados), e tais valores podem incluir um componente de eixo d e/ou um componente de eixo q. Além do mais, certos valores (por exemplo, os sinais ou valores de realimentação de corrente de saída de inversor de iu, iv, iw) podem incluir sinais ou valores correspondendo a fases de saída individuais (por exemplo, u, v, w) de um sistema de múltiplas fases, tais como as fases de saída de inversor.

[026] Uma junção de soma 110 (figura 2) fornece um sinal de erro de rapidez ou de velocidade para um controlador proporcional-integral (PI) de velocidade 112 como a diferença entre a velocidade desejada Wr* e o sinal ou valor de velocidade de motor Wr. Usando o componente controlador PI de velocidade 112, o controlador 100 calcula assim ou determina de outro modo um ou mais sinais ou valores de pontos de ajuste de corrente idq** (por exemplo, um valor de eixo d e um valor de eixo q em certas modalidades) pelo menos parcialmente de acordo com a velocidade de motor desejada Wr* e o sinal ou valor de velocidade de motor Wr. Tal como mencionado anteriormente, embora o exemplo ilustrado use um laço de controle de velocidade externo, outras implementações são possíveis nas quais um ponto de ajuste de torque ou outro(s) ponto(s) de ajuste é(são) usado(s) na operação de controle da carga de motor 20. Além disso, os conceitos da presente revelação podem ser empregados em conexão com outras cargas AC (não de motor) 20 acionadas por meio de um circuito de filtro interveniente 30, em que o controlador de inversor 100 em tais modalidades alternativas pode empregar qualquer tipo adequado de ponto de ajuste e algoritmo de controle, em que o controlador 100 não necessita controlar velocidade ou posição ou torque em todas as modalidades.

[027] O controlador exemplar 100 na figura 2 implementa adicionalmente um laço de corrente interno para controlar as correntes de saída de inversor iu, iv, iw. Um componente de referência de corrente 114 recebe os sinais ou valores de pontos de ajuste de corrente de eixos d e q idq** do controlador PI de velocidade 112, juntamente com um ou mais sinais ou valores IC_dq representando as correntes iC fluindo nos capacitores de filtro Cf do circuito de filtro 30. A figura 3 ilustra detalhes adicionais de uma implementação do componente de referência de corrente 114, assim como de um componente de cálculo de corrente de filtro 128 e de um componente de pré-alimentação proporcional integral (PI) de corrente 130 do controlador de inversor 100. Tal como visto na figura 2, o componente de referência de corrente 114 fornece os valores de pontos de ajuste de corrente compensados i*dq para uma junção de soma 116 com base nos valores de pontos de ajuste de corrente de eixos d e q i**dq e nos valores de corrente de capacitor de filtro IC_dq. A junção de soma 116, por sua vez, fornece pelo menos um sinal de erro (por exemplo, incluindo componentes de eixo d e de eixo q) para um componente controlador PI de corrente 118 com base na diferença entre os valores de pontos de ajuste de corrente compensados i*dq e nos valores de realimentação de corrente d-q idq obtidos de um componente conversor de eixos de referência estacionária/síncrona 132. O componente de controle PI de corrente 118 fornece uma saída de controlecomo um ou mais valores de referência de tensão vdq parauma junção de soma 120 para fornecer um laço de controle de tensão interno implementado pelo controlador 100.

[028] Um componente de junção de soma 120 computa ou gera de outro modo um ou mais valores de referência de tensão compensados vdq_ref com base na soma dos valores de referência de tensão vdq e valores de referência de tensão de pré-alimentação Vf_dq, e fornece isto para um componente conversor de eixos de referência síncrona/estacionária 122. O componente conversor 122 (e o componente conversor de eixos de referência estacionária/síncrona 132) também recebe um sinal ou valor de entrada de ângulo ou de posição de motor θr (por exemplo, de um sensor de realimentação associado com a carga de motor 20 ou derivado de um algoritmo de estimação de posição, ou de uma outra fonte adequada) e o conversor 122 converte os valores de referência de tensão compensados vdq_ref para fornecer sinais de referência de tensão trifásicos (eixo de referência estacionária) vuvw para um componente PWM 124, o qual geraos sinais de controle de comutação de inversor 102 para operação dos dispositivos de comutação S1-S6 do inversor 46 desta maneira. O componente PWM 124 pode incluir conjunto de circuitos acionadores adequados e/ou outro hardware adequado para gerar os sinais de controle de comutação 102 adequados para operar os dispositivos de comutação S1-S6 tais como são conhecidos.

[029] Tal como mostrado adicionalmente na figura 2, além disso, o controlador de inversor 100 ilustrado recebe o sinal ou valor de rapidez/velocidade de motor Mr e opcionalmente pode derivar um sinal ou valor de velocidade de motor escalado Me de 126 como uma função de um númerointeiro P representando o número de pares de polos da carga de motor acionado 20. Um componente de cálculo de corrente de filtro 128 recebe o sinal ou valor de velocidade de motor escalado Me juntamente com os sinais ou valores de referência de tensão compensada vdq_ref, e fornece os valores de corrente de capacitor de filtro de eixo de referência síncrona IC_dq para uso pelo componente de referência de corrente 114 tal como descrito anteriormente, assim como para um componente de controle de pré-alimentação proporcional integral (PI) de corrente 130. O componente de pré-alimentação PI de corrente 130 recebe os valores de corrente de capacitor de filtro IC_dq, o sinal ou valor de velocidade de motor escalado Me, e os valores derealimentação de corrente de eixos de referência síncrona idq como entradas, e determina os valores de referência de tensão de pré-alimentação Vf_dq para provisão para ocomponente de junção de soma 120 tal como descrito anteriormente. Em operação, o controlador 100 determina um ou mais sinais ou valores de corrente ou de tensão de filtro representando uma corrente de capacitor de filtro (por exemplo, iC) ou tensão de indutor de filtro (por exemplo, vL) do circuito de filtro 30 com base em pelo menos um sinal ou valor de realimentação de saída de inversor (por exemplo, iu, iv, iw) representando uma corrente de saída na saída AC 46B do inversor 46. O controlador 100, além disso, fornece os sinais de controle de comutação de inversor 102 para o inversor 46 pelo menos parcialmente de acordo com o(s) sinal(s) ou valor(s) de corrente ou de tensão de filtro.

[030] Os inventores perceberam que as equações de eixosde referência estacionária (d-q) para uma máquina síncrona

[031] Além do mais, termos de acoplamento cruzado são introduzidos pela rotação do eixo de referência estacionária (uvw) para o eixo de referência síncrona (d-

[032] Assumindo que a indutância Lf e a capacitância Cf de filtro são constantes, e observando que as tensões demotor vm se igualam às tensões de saída de filtro vf_out, atensão através do indutor vL é expressada pela seguinte

e a corrente de capacitor iC é expressada pela seguinte equação (4):

[033] As correntes de inversor nos eixos de referênciasíncrona d-q são dadas pela seguinte equação (5):

[034] No estado estável, as correntes de saída de inversor (Ifd e Ifq nos eixos de referência síncrona d-q) fornecidas para o filtro 30 são dadas pela seguinte equação

incluindo um primeiro termo representando as referências de correntes de motor originais do regulador de velocidade (controlador PI de velocidade 112), e o termo final mostrando o termos de acoplamento cruzado nas referências de correntes de saída de inversor considerando as correntes de capacitor de filtro. As tensões de indutor de estado estável VLd e VLq são dadas pela seguinte equação (7):

[035] Além do mais, os termos de pré-alimentação (FF)Vf_dq para o componente de controle PI de corrente 118 incluindo as tensões de indutor VLd e VLq nos estado estável são dados pela seguinte equação (8):

[036] incluindo um termo de pré-alimentação originalassim como um termo de pré-alimentação adicional representando as tensões de indutor VLd e VLq. Desta maneira, o controlador 100 ilustrado emprega um esquema decontrole de inversor de pré-alimentação modificado para incorporar as tensões e correntes adicionais associadas com o circuito de filtro 30. Para eliminar a necessidade de detectar Vf_out_dq, o controlador pode substituir Vf_out_dqpelas tensões de controlador compensadas vdq_ref em certas implementações.

[037] A figura 3 ilustra detalhes adicionais de modalidades não limitativas do componente de referência de corrente 114, do componente de cálculo de corrente de filtro 128 e do componente de controle de pré-alimentação PI de corrente 130, e a figura 4 fornece um fluxograma 200 representando um processo de controle 200 que pode ser implementado no controlador de inversor 100. Embora o método 200 da figura 4 seja ilustrado e descrito a seguir na forma de uma série de procedimentos ou eventos, será percebido que os vários métodos ou processos da presente revelação não estão limitados pela ordenação ilustrada de tais procedimentos ou eventos. Neste aspecto, exceto tal como fornecido especificamente em seguida, alguns procedimentos ou eventos podem ocorrer em ordem diferente e/ou concorrentemente com outros procedimentos ou eventos ao lado desses ilustrados e descritos neste documento de acordo com a revelação. Deve ser notado adicionalmente que nem todas as etapas ilustradas podem ser exigidas para implementar um processo ou método de acordo com a presente revelação, e um ou mais tais procedimentos podem ser combinados. Os métodos ilustrados e outros métodos da revelação podem ser implementados em hardware, software executado por processador ou combinações dos mesmos, a fim de fornecer a funcionalidade de controle de motor e de controle de inversor descrita neste documento, e podem ser empregados em qualquer sistema de conversão de energia incluindo, mas não limitado a isto, o acionamento de PMSM 40 ilustrado acima, em que a revelação não está limitada às aplicações e modalidades específicas ilustradas e descritas neste documento.

[038] Um laço de velocidade prossegue em 202 (figura 4) e o controlador 100 computa os valores de pontos de ajuste de corrente i**dq em 204 com base no valor de velocidade desejada «r* e no sinal ou valor de velocidade de motor Wr, por exemplo, usando o componente de junção de soma 110 e o controlador PI de velocidade 112 mostrado na figura 2. O laço de corrente começa em 206, e o controlador computa os valores de corrente de capacitor de filtro IC_dq em 208 usando o componente de cálculo de corrente de filtro 128 da figura 2, o que representa a corrente fluindo no capacitor de circuito de filtro Cf, com base no sinal ou valor de velocidade de motor Wr, nos valores de referência de tensão compensados vdq_ref e no valor de capacitância de filtro Cf. Um exemplo não limitativo do componente de cálculo de corrente de filtro 128 está mostrado adicionalmente na figura 3, no qual os componentes de corrente de capacitor de filtro de eixos d e q IC_d e IC_q são computados como uma função destes valores Wr, vdq_ref e Cf usando os subcomponentes multiplicadores 140 e 142 e um componente de mudança de sinal 144 (por exemplo, multiplicação por -1) de acordo com a equação (4) mostrada anteriormente.

[039] Em 210 na figura 4, o controlador 100 computa os valores de pontos de ajuste de corrente compensados i*dq com base nos valores de pontos de ajuste de corrente i**dq e nos valores de corrente de capacitor de filtro IC_dq usando o componente de referência de corrente 114 (figura 2). Tal como mostrado adicionalmente na figura 3, uma modalidade não limitativa do componente de computação de referência de corrente 114 está ilustrada, o qual computa os valores de pontos de ajuste de corrente compensados i*dq como uma função de i**dq e dos valores de corrente de capacitor de filtro de eixos de referência d-q IC_d e IC_q recebidos do componente de cálculo de corrente de filtro 128 usando os componentes de soma 146 e 148.

[040] Os pontos de ajuste de referência de corrente compensados (por exemplo, os valores de componentes de eixos d e q i*dq) são então usados como pontos de ajuste para os laços de controle de tensão internos na figura 2, pelo que os sinais de controle de comutação de inversor 102 são fornecidos para o inversor 46 pelo menos parcialmente de acordo com os pontos de ajuste de corrente compensados i*dq. O controlador 100 computa os valores de referência de tensão vdq-ref em 212-216 com base no componente de controle de pré-alimentação PI de corrente 130 das figuras 2 e 3. Tal como visto mais claramente na figura 3, o componente de pré-alimentação PI de corrente 130 inclui os componentes de soma 150, 156, 160 e 168, assim como os componentesmultiplicadores 152, 154, 162, 164 e 166, e um componentede mudança de sinal 158 (por exemplo, multiplicação por -1) para implementar a computação mostrada na equação (8) mostrada acima. Na modalidade ilustrada, o componente de controle de pré-alimentação PI de corrente 130 computa as referências de tensão de pré-alimentação Vf_dq no eixo dereferência síncrona em 214 com base na realimentação de corrente de saída inversor idq, na velocidade de motor Mr (por exemplo, ou no valor escalado Me), nas correntes de capacitor de filtro IC_dq e no valor de indutância de filtro Lf. As referências de tensão de pré-alimentação computadas Vf dq são então fornecidas para a junção de soma 120 (figura 2) para computação dos valores de referência de tensão compensados vdq_ref (por exemplo, em 216 na figura 4) combase nos valores de referência de tensão vdq do controlador PI de corrente 118 e nos valores de referência de tensão de pré-alimentação Vf_dq. Em 218 na figura 4, o controlador 100 gera ou fornece de outro modo os sinais de controle de comutação de inversor 102 para o inversor 46 pelo menos parcialmente de acordo com os valores de referência de tensão compensados vdq_ref.

[041] De acordo com aspectos adicionais da presente revelação, uma mídia legível por computador não transitória é fornecida, tal como uma memória de computador, uma memória dentro de um sistema de controle de conversor de energia (por exemplo, o controlador 100), um CD-ROM, disco flexível, unidade flash, base de dados, servidor, computador, etc.), a qual inclui instruções executáveis por computador para executar os métodos descritos anteriormente. Os exemplos anteriores são meramente ilustrativos de diversas modalidades possíveis de vários aspectos da presente revelação, em que alterações e/ou modificações equivalentes ocorrerão para os versados na técnica mediante leitura e entendimento deste relatório descritivo e dos desenhos anexos. Com referência particular para as várias funções executadas pelos componentes descritos anteriormente (montagens, dispositivos, sistemas, circuitos e outros mais), os termos (incluindo uma referência para um “dispositivo”) usados para descrever tais componentes são pretendidos para corresponder, a não ser que indicado de outro modo, a qualquer componente, tal como hardware, software executado por processador ou combinações dos mesmos, que executa a função especificada do componente descrito (isto é, que é equivalente funcionalmente), mesmo que não equivalente estruturalmente à estrutura revelada que executa a função nas implementações ilustradas da revelação. Além do mais, embora um recurso particular da revelação possa ter sido revelado com relação a somente uma de diversas implementações, tal recurso pode ser combinado com um ou mais outros recursos das outras implementações tal como pode ser desejado e vantajoso para qualquer aplicação dada ou particular. Também, para a extensão em que os termos “incluindo”, “inclui”, “tendo”, “tem”, “com” ou variantes dos mesmos são usados na descrição detalhada e/ou nas reivindicações, tais termos são pretendidos para serem inclusivos em um modo similar ao termo “compreendendo”.

Claims

1. Sistema de conversão de energia (40) para acionar um motor elétrico AC (20) conectado a um acionamento de motor (40) por meio de um circuito de filtro interveniente (30), o sistema de conversão de energia (40) compreendendo:um inversor (46) compreendendo uma entrada DC (46A), uma saída AC (46B), e uma pluralidade de dispositivos de comutação (S1-S6) acoplados entre a entrada DC e a saída AC e operativos de acordo com sinais de controle de comutação de inversor (102) para converter energia elétrica DC recebida na entrada DC (46A) para fornecer energia elétrica de saída AC na saída AC (46B);o sistema caracterizado pelo fato de que compreende ainda:um controlador (100) configurado para determinar (208) pelo menos um sinal ou valor de corrente ou de tensão de filtro (iC, VL) representando uma corrente de capacitor de filtro ou tensão de indutor de filtro do circuito de filtro interveniente (30) com base em pelo menos um sinal ou valor de realimentação de corrente de saída de inversor (iu, iv, iw) representando uma corrente de saída na saída AC (46B) do inversor (46), e para fornecer os sinais de controle de comutação de inversor (102) para o inversor (46) pelo menos parcialmente de acordo com o pelo menos um sinal ou valor de corrente ou de tensão de filtro (iC, VL), em que o controlador (100) é operativo para:computar (204) pelo menos um valor de ponto de ajuste de corrente (I**dq) com base em um valor de velocidade desejado (wr*) e em um sinal ou valor de velocidade de motor (wr) ; computar (208) um valor de corrente de capacitor de filtro (iC) representando corrente fluindo em um capacitor de filtro do circuito de filtro interveniente (30) com base em:o sinal ou valor de velocidade de motor (wr) , um valor de referência de tensão compensado (Vdq_ref), eum valor de capacitância de filtro (Cf);computar (210) um valor de ponto de ajuste de corrente compensado (I*dq) com base no pelo menos um valor de ponto de ajuste de corrente (I**dq) e no valor de corrente de capacitor de filtro (iC); efornecer os sinais de controle de comutação de inversor (102) para o inversor (46) pelo menos parcialmente de acordo com o valor de ponto de ajuste de corrente compensado (I*dq) sem detectar diretamente correntes na carga de motor acionado.

2. Sistema de conversão de energia (40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (100) é operativo para:computar (212) um valor de referência de tensão (Vdq) com base no valor de ponto de ajuste de corrente compensado (I*dq), e em pelo menos um sinal ou valor de realimentação de corrente de saída de inversor (idq) representando uma corrente de saída na saída AC (46B) do inversor (46);computar (216) um valor de referência de tensão de pré-alimentação (vf_dq) com base no pelo menos um sinal ou valor de realimentação de corrente de saída de inversor (idq) , no sinal ou valor de velocidade de motor (wr) , no valor de corrente de capacitor de filtro (iC) e em um valor de indutância de filtro (Lf);computar (218) um valor de referência de tensão compensado (Vdq_ref) com base no valor de referência de tensão (Vdq), e no valor de referência de tensão de pré- alimentação (vf_dq); efornecer (220) os sinais de controle de comutação de inversor (102) para o inversor (46) pelo menos parcialmente de acordo com o valor de referência de tensão compensado (Vdq_ref).

3. Sistema de conversão de energia (40), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de conversão de energia (40) é um acionamento de motor, e em que o inversor (46) fornece a energia elétrica de saída AC na saída AC (46B) para acionar uma carga de motor (20) por meio do circuito de filtro interveniente (30).

4. Método (200) para controlar um motor elétrico AC (20) conectado a um acionamento de motor (40) por meio de um circuito de filtro interveniente (30), o método (200) caracterizado pelo fato de que compreende:determinar (208) pelo menos um sinal ou valor de corrente ou de tensão de filtro (iC, VL) representando uma corrente de capacitor de filtro ou tensão de indutor de filtro do circuito de filtro interveniente (30) com base em pelo menos um sinal ou valor de realimentação de corrente saída de inversor (iu, iv, iw) representando uma corrente de saída em uma saída AC (46B) do acionamento de motor (40); e gerar (220) energia elétrica de saída AC em uma saída AC (46B) do acionamento de motor (40) pelo menos parcialmente de acordo com o pelo menos um sinal ou valor de corrente ou de tensão de filtro (iC, VL); e compreendendo ainda:determinar (208) um valor de corrente de capacitor de filtro (iC) representando corrente fluindo em um capacitor de filtro do circuito de filtro interveniente (30) com base em:um sinal ou valor de velocidade de motor (wr) , um valor de referência de tensão compensado (Vdq_ref), eum valor de capacitância de filtro (Cf);computar (210) um valor de ponto de ajuste de corrente compensado (I*dq) com base pelo menos parcialmente no valor de corrente de capacitor de filtro (iC); efornecer sinais de controle de comutação de inversor (102) para um inversor (46) do acionamento de motor (40) pelo menos parcialmente de acordo com o valor de ponto de ajuste de corrente compensado (I*dq) sem detectar diretamente correntes na carga de motor acionado.

5. Método (200), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende:determinar (204) pelo menos um sinal ou valor de ponto de ajuste de corrente (idq**) com base pelo menos parcialmente em uma velocidade de motor desejada (wr*) e no sinal ou valor de velocidade de motor (wr) ; ecomputar (210) o valor de ponto de ajuste de corrente compensado (I*dq) com base no pelo menos um valor de ponto de ajuste de corrente (I**dq) e no valor de corrente de capacitor de filtro (iC).

6. Método (200), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende: computar (212) um valor de referência de tensão (Vdq) com base no valor de ponto de ajuste de corrente compensado (I*dq), e em pelo menos um sinal ou valor de realimentação de corrente de saída de inversor (idq) representando uma corrente de saída na saída AC (46B) do inversor (46);computar (216) um valor de referência de tensão de pré-alimentação (vf_dq) com base no pelo menos um sinal ou valor de realimentação de corrente de saída de inversor (idq) , no sinal ou valor de velocidade de motor (wr) , no valor de corrente de capacitor de filtro (iC) e em um valor de indutância de filtro (Lf);computar (218) um valor de referência de tensão compensado (Vdq_ref) com base no valor de referência de tensão (Vdq), e no valor de referência de tensão de pré- alimentação (vf_dq); efornecer (220) os sinais de controle de comutação de inversor (102) para o inversor (46) pelo menos parcialmente de acordo com o valor de referência de tensão compensado (Vdq_ref).

7. Método (200), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende:receber uma pluralidade de sinais ou valores de realimentação de saída de acionamento de motor (ia, ib, ic) representando correntes de saída em uma saída AC (46B) do acionamento de motor (40);determinar sinais ou valores de realimentação de corrente de saída de inversor de eixos d e q (idq) em um eixo de referência estacionária com base pelo menos parcialmente na pluralidade de sinais ou valores de realimentação de saída de acionamento de motor (iu, iv, iw); computar (212) o valor de referência de tensão (Vdq) com base no valor de ponto de ajuste de corrente compensado (I*dq), e nos sinais ou valores de realimentação de corrente de saída de inversor de eixos d e q (idq); ecomputar (216) o valor de referência de tensão de pré- alimentação (vf_dq) com base nos sinais ou valores de realimentação de corrente de saída de inversor de eixos d e q (idq) , no sinal ou valor de velocidade de motor (wr) , no valor de corrente de capacitor de filtro (iC) e no valor de indutância de filtro (Lf).

8. Método (200), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende:computar (212) um valor de referência de tensão (Vdq) com base em um valor de ponto de ajuste de corrente compensado (I*dq), e em pelo menos um sinal ou valor de realimentação de corrente de saída de inversor (idq) representando uma corrente de saída na saída AC (46B) do inversor (46);computar (216) um valor de referência de tensão de pré-alimentação (vf_dq) com base no pelo menos um sinal ou valor de realimentação de corrente de saída de inversor (idq) , em um sinal ou valor de velocidade de motor (wr) , em um valor de corrente de capacitor de filtro (iC) e em um valor de indutância de filtro (Lf);computar (218) um valor de referência de tensão compensado (Vdq_ref) com base no valor de referência de tensão (Vdq), e no valor de referência de tensão de pré- alimentação (vf_dq); efornecer sinais de controle de comutação de inversor (102) para um inversor (46) do acionamento de motor (40) pelo menos parcialmente de acordo com o valor de referência de tensão compensado (Vdq_ref).

9. Método (200), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende:receber uma pluralidade de sinais ou valores de realimentação de saída de acionamento de motor (iu, iv, iw) representando correntes de saída em uma saída AC (46B) do acionamento de motor (40);determinar sinais ou valores de realimentação de corrente de saída de inversor de eixos d e q (idq) em um eixo de referência estacionária com base pelo menos parcialmente na pluralidade de sinais ou valores de realimentação de saída de acionamento de motor (iu, iv, iw);computar (212) o valor de referência de tensão (Vdq) com base no valor de ponto de ajuste de corrente compensado (I*dq), e nos sinais ou valores de realimentação de corrente de saída de inversor de eixos d e q (idq); ecomputar (216) o valor de referência de tensão de pré- alimentação (vf_dq) com base no sinais ou valores de realimentação de corrente de saída de inversor de eixos d e q (idq) , no sinal ou valor de velocidade de motor (or) , no valor de corrente de capacitor de filtro (iC) e no valor de indutância de filtro (Lf).

10. Mídia legível por computador não transitória com instruções executáveis por computador para controlar um motor elétrico AC (20) conectado a um acionamento de motor (40) por meio de um circuito de filtro interveniente (30), a mídia legível por computador caracterizada pelo fato de que compreende instruções executáveis por computador para executar o método conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 4 a 9.