BR102014004934A2

BR102014004934A2 - Método e aparelho para detecção de ondulação e perda de fase

Info

Publication number: BR102014004934A2
Application number: BRBR102014004934-7A
Authority: BR
Inventors: Bing Li; David Leggate; Timothy Rowan
Original assignee: Rockwell Automation Tech Inc
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-06-16
Also published as: US9036382B2; BR102014004934B1; EP2775597B1; CN104038074B; CN104038074A; EP2775597A3; US20140254217A1; EP2775597A2

Abstract

Método e aparelho para detecção de ondulação e perda de fase métodos e aparelhos são apresentados para a detecção de perda de fase e/ou ondulação excessiva em um conversor de potência, em que filtros de passa banda são usados para a obtenção de amplitudes de voltagem harmônicas associadas ao barramento dc de conversor de potência, e uma perda de fase é detectada se uma relação do segundo harmônico para o sexto harmônico e/ou uma relação do quarto harmônico para o sexto harmônico excederem valores de limite predeterminados.

Description

MÉTODO E APARELHO PARA DETECÇÃO DE ONDULAÇÃO E PERDA DE

FASE

ANTECEDENTES [001] Os sistemas de conversão de potência são usados para a geração e a provisão de potência de saída AC para uma carga, tal como um motor AC monofásico ou multifásico acionado por um estágio de inversor de um conversor de potência de acionamento de motor. O conversor de potência tipicamente recebe uma potência de entrada AC a partir de um suprimento trifásico, e um retificador de entrada provê uma voltagem de barramento DC a partir da qual o inversor gera sinais de saída AC para acionamento da carga. Em conversores de fonte de voltagem, o barramento DC ou um enlace DC inclui um ou mais capacitores, os quais frequentemente são capacitores eletrolíticos. Contudo, uma voltagem de ondulação excessiva no barramento DC aumenta a corrente de ondulação fluindo no(s) capacitor(es) de barramento, o que pode causar tensão nos capacitores eletrolíticos, potencialmente levando a superaquecimento e encurtamento do tempo de vida operacional do capacitor. Uma detecção precoce de voltagem de ondulação de barramento DC excessiva pode ser usada para a provisão de um alarme ou de uma parada com segurança do conversor de potência, antes de danos ou tensão no capacitor de barramento. Contudo, muitas abordagens de detecção de ondulação envolvem circuitos adicionais ou são computacionalmente intensas, adicionando custo e complexidade ao sistema. Um outro problema em sistemas de conversão de potência é a perda de uma fase de entrada AC, a qual pode aumentar a voltagem de ondulação de barramento DC e reduzir a voltagem DC suprida para o inversor. Assim sendo, uma detecção de perda de fase de entrada também pode ser usada para disparar um alarme ou uma falha de conversor de potência para operação continuada segura ou parada. As técnicas de detecção de perda de fase convencionais, contudo, geralmente, são complicadas ou dispendiosas ou incapazes de detectarem adequadamente todas as condições de perda de fase. Por exemplo, técnicas de detecção simples foram propostas, nas quais a diferença entre a voltagem de barramento DC e a voltagem de barramento DC ao quadrado é comparada com um limite e, se o limite for excedido, é assumido que uma ondulação de barramento DC excessiva está presente ou uma perda de fase ocorreu. Outras técnicas envolvem a detecção de uma voltagem de barramento DC instantânea e a comparação disto com fronteiras de limite superior e inferior, bem como o cálculo de um valor médio do período de ondulação em um mesmo ciclo, mas estas técnicas são propensas a ruído e sofrem de baixa acurácia e velocidade lenta de resposta. Assim sendo, técnicas melhoradas e aparelhos são desejáveis para uma detecção efetiva em termos de custos e robusta de ondulação excessiva e perda de fase em um sistema de conversão de potência.

SUMÁRIO [002] Vários aspectos da presente exposição são agora resumidos, para facilitar um entendimento básico da exposição, em que este sumário não é uma visão geral extensiva da exposição, e não é pretendido identificar certos elementos da exposição, nem delinear o escopo da mesma. Ao invés disso, a finalidade primária deste sumário é apresentar vários conceitos da exposição em uma forma simplificada, antes da descrição mais detalhada que é apresentada aqui adiante. [003] A presente exposição provê técnicas rápidas, acuradas e robustas e aparelhos para a detecção de ondulação de barramento DC e uma perda de fase de entrada de acordo com um ou mais harmônicos predeterminados da voltagem de barramento em relação à frequência fundamental de potência de entrada AC. Estes conceitos podem ser empregados para a detecção de uma perda de fase de entrada com respeito a sistemas de entrada multifásica, bem como para a detecção de um conteúdo de ondulação excessiva em ambos os sistemas monofásicos e multifásicos. Em certas modalidades, conforme descrito aqui, os filtros de passa banda podem ser usados como detectores de harmônico para a monitoração e a detecção da amplitude do conteúdo de sexto harmônico na voltagem de barramento DC juntamente com qualquer um ou ambos os segundo e quarto harmônicos, com as condições de perda de fase e/ou ondulação excessiva sendo detectadas com base em um ou mais destes harmônicos. As técnicas expostas podem facilitar uma acurácia melhorada em detecção de perda de fase e/ou ondulação excessiva e são robustas e menos propensas a ruido do que as abordagens anteriores. Também, o aparelho de detecção exposto provê um cálculo rápido e tempestivo de conteúdo de harmônico e detecção de condições adversas de ondulação e/ou perda de fase, e pode ser implementado em hardware e/ou em firmware executado em processador ou software executado em processador em um controlador de conversor de potência com pouco ou nenhum custo adicionado ou complexidade. Consequentemente, as técnicas expostas proveem um avanço significativo em relação a abçrdagens convencionais e encontram utilidade em particular em associação com acionamentos de motor de baixo custo e outros sistemas de conversão de potência nos quais uma detecção de ondulação e de perda de fase é desejada. [004] De acordo com um ou mais aspectos da presente exposição, um sistema de conversão de potência é provido, o qual inclui um sistema de detecção com um filtro que provê um sinal de saida ou valor representando uma amplitude de um harmônico predeterminado de uma frequência fundamental da potência de entrada AC na voltagem de barramento DC. O sistema ainda inclui um circuito lógico o qual detecta ondulação excessiva no barramento DC e/ou uma perda de fase associada à potência de entrada AC pelo menos parcialmente de acordo com o sinal de saida de filtro ou valor. Em certas modalidades, o filtro inclui dois ou mais filtros de passa banda individualmente provendo um sinal de saida ou valor representando a amplitude de um harmônico predeterminado correspondente, e a lógica detecta uma ondulação com base em pelo menos um dos sinais de saida de filtro ou valores, e seletivamente detecta uma perda de fase com base na saida de pelo menos dois dos filtros de passa banda. [005] Em certas modalidades, primeiro e segundo filtros de passa banda proveem sinais de saida ou valores representando as amplitudes dos segundo e sexto harmônicos, respectivamente, com a lógica seletivamente detectando uma ondulação excessiva pelo menos parcialmente de acordo com a amplitude de sexto harmônico, e seletivamente detectando uma perda de fase de acordo com as amplitudes de segundo e sexto harmônicos. Em várias implementações, uma detecção de perda de fase é com base em uma relação do segundo harmônico para o sexto harmônico, com a lógica provendo um sinal de detecção, se a relação exceder um limite predeterminado. Em certas modalidades, mais ainda, um outro filtro de passa banda é usado para a obtenção do quarto harmônico, e uma relação dos quarto e sexto harmônicos também pode ser comparada com um limite para uma identificação seletiva de perda de fase no conversor de potência. Também, ou separadamente, o sexto harmônico pode ser comparado com um outro limite para se identificarem seletivamente condições de ondulação excessiva de voltagem de barramento DC. Várias implementações, mais ainda, podem empregar vantajosamente filtros de passa banda de tipo de integrador generalizado de segunda ordem (SOGI), onde o filtro e a lógica em certas modalidades podem ser implementados usando-se um ou mais processadores programáveis. Assim, implementações efetivas em termos de custos são contempladas, nas quais um controlador de sistema de conversão de potência executa computações de filtração digital para a implementação de filtros de passa banda com base em sinais ou valores de voltagem de barramento DC amostrados, e ainda implementa as comparações de limite, por meio do que substancialmente nenhum circuito adicional é necessário para a implementação de recursos de ondulação e perda de fase da presente exposição. [006] Os métodos e meios que podem ser lidos em computador programados são providos de acordo com aspectos adicionais da exposição para a detecção de condições de perda de fase e/ou ondulação excessiva em um sistema de conversão de potência. O método inclui a amostragem da voltagem de barramento DC, e a obtenção de um sexto harmônico e pelo menos um dentre segundo e quarto harmônicos na voltagem amostrada, bem como a detecção de perda de fase de entrada, se uma relação de um dentre o segundo harmônico e o quarto harmônico para o sexto harmônico exceder um limite predeterminado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [007] A descrição a seguir e os desenhos estabelecem certas implementações ilustrativas da exposição em detalhes, os quais são indicativos de várias formas de exemplo nas quais os vários princípios da exposição podem ser realizados. Os exemplos ilustrados, contudo, não são exaustivos das muitas modalidades possíveis da exposição. Outros objetivos, vantagens e novos recursos da exposição serão estabelecidos na descrição detalhada a seguir, quando considerada em conjunto com os desenhos, nos quais: [008] a figura 1 é um diagrama esquemático simplificado que ilustra um sistema de conversão de potência de acionamento de motor implementando um sistema de detecção de ondulação e perda de fase usando filtros de passa banda, para a identificação de harmônicos predeterminados da voltagem através do barramento DC de acordo com um ou mais aspectos da presente exposição; [009] a figura 2 é um diagrama esquemático que ilustra um filtro de passa banda do tipo de integrador generalizado de segunda ordem de exemplo no sistema de detecção da figura 1; [010] a figura 3 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de sistema de detecção usando dois filtros de passa banda para a identificação de segundo e sexto harmônicos na voltagem de barramento DC para a detecção de ondulação excesçiva e/ou perda de fase no sistema da figura 1; [011] a figura 4 é um diagrama esquemático que ilustra uma outra modalidade de sistema de detecção usando três filtros de passa banda para a obtenção de segundo, quarto e sexto harmônicos da voltagem de barramento DC para a detecção de ondulação excessiva e/ou perda de fase; [012] a figura 5 é um fluxograma que ilustra um método ou processo de exemplo para a detecção de ondulação excessiva em um sistema de conversão de potência; e [013] a figura 6 é um fluxograma que ilustra um método ou processo de exemplo para a detecção de perda de fase em um sistema de conversão de potência.

DESCRIÇÃO DETALHADA [014] Com referência, agora, às figuras, várias modalidades ou implementações são descritas aqui adiante em conjunto com os desenhos, em que os números de referência iguais são usados para referência a elementos iguais por todos eles, e em que os vários recursos não estão necessariamente desenhados em escala. [015] Os métodos e aparelhos são expostos para detecção de ondulação e perda de fase de conversor de potência, em que um ou mais filtros de rejeição (passa banda) podem ser empregados para checagem de conteúdo de harmônico na voltagem de barramento DC de um conversor de potência para a identificação de perda de fase e/ou voltagem de ondulação excessiva, por meio do que os efeitos adversos sobre capacitores de barramento e outros componentes de sistema podem ser mitigados ou evitados pelo disparo seletivo de alarmes de sistema e/ou falhas. Os vários conceitos da presente exposição são apresentados no contexto de um sistema de conversão de potência do tipo de acionamento de motor 100, embora o aparelho exposto e as técnicas possam ser empregados em qualquer tipo de sistema de conversão de potência usando um barramento DC. Mais ainda, o aparelho de detecção e os métodos podem ser implementados usando-se um circuito de hardware e/ou podem ser vantajosamente concretizados em instruções programáveis armazenadas em um controlador de conversor de potência para execução por um ou mais processadores no sistema de conversão. Por exemplo, muitos sistemas de acionamento de motor incluem um circuito para a detecção e a amostragem da voltagem de barramento DC, por exemplo, para fins de controle de laço fechado, bem como elementos de processamento programáveis (por exemplo, microprocessadores, microcontroladores, FPGAs, etc.) implementando várias tarefas computacionais associadas à atuação em comutação de inversor, comunicações, funções de I/O e similares. Os conceitos de perda de fase e ondulação excessiva presentemente expostos podem ser implementados nesse (s) processador(es) existente(s) para a utilização de valores de amostra de voltagem de barramento DC já disponíveis no sistema, por meio do que nenhum hardware adicional pode ser requerido. Além disso, as técnicas expostas proveem métodos de detecção rápidos, de alta acurácia, robustos, os quais são menos propensos a ruído e simples de implementar, se comparados com abordagens convencionais. Em certas implementações, por exemplo, múltiplos harmônicos podem ser detectados por técnicas de filtração digital, com uma sintonização simplificada requerendo apenas um parâmetro (por exemplo, uma frequência, tal como de 50 Hz ou 60 Hz) , em que tão pouco quanto filtros de rejeição de integrador generalizado de segunda ordem (SOGI) podem ser usados para a detecção de perda de fase curada de forma tempestiva, por meio do que um tempo de processamento é mínimo. [016] Os inventores apreciaram que uma operação de um acionamento de motor ou outro conversor de potência por um suprimento de potência trifásico balanceado resulta em a componente harmônica principal seguindo-se a uma retificação no barramento DC ser o harmônico de sexta ordem, em relação à frequência da potência de entrada AC. Por exemplo, usando uma potência de entrada trifásica de 60 Hz, a voltagem de ondulação no barramento DC seguindo-se a um estágio de retificador passivo de ponte completa será a 360 Hz (300 Hz de harmônico para uma potência de entrada de 50 Hz) . Mais ainda, os inventores apreciaram que, se uma fase de entrada tiver se perdido, os harmônicos dominantes terão se tornado os segundo e quarto harmônicos (por exemplo, 120 Hz e 240 Hz, respectivamente, para uma frequência de entrada de 60 Hz). A presente exposição assim contempla a monitoração dos segundo, quarto e sexto harmônicos (e, opcionalmente, apenas do sexto harmônico e um dentre os segundo e quarto harmônicos) da voltagem de barramento DC para a identificação de perda de fase e perda de fase de entrada. [017] Com referência inicialmente à figura 1, um sistema de controle do tipo de acionamento de motor 100 é ilustrado, incluindo um estágio de retificador passivo de seis dispositivos 110 recebendo uma potência de entrada trifásica a partir de uma fonte 10 através dos fios 11, 12 e 13, em que o retificador 110 converte a potência de entrada AC para a provisão de potência DC para um barramento DC 120. Conforme mostrado na figura 1, o circuito de barramento DC 120 inclui uma capacitância de barramento C, a qual pode ser um capacitor único ou múltiplos capacitores conectados em qualquer configuração adequada, em série, em paralelo ou uma combinação de em série / em paralelo. A operação do retificador 110 faz com que uma voltagem de barramento DC Vdc seja provida através da capacitância de barramento C, e esta voltagem é convertida por um inversor 130 para a geração de um ou mais sinais de saída AC para acionamento de uma carga 20, tal como um motor no exemplo ilustrado, através de fios de saída 21, 22 e 23. Embora ilustrado como acionando uma carga de motor trifásica 20, qualquer inversor 130 adequado pode ser usado tendo saídas monofásicas ou multifásicas. Conforme ilustrado, o inversor de exemplo 130 inclui dispositivos de comutação do título pode IGBT Ql, Q2, Q3, Q4, Q5 e Q6 operáveis de acordo com sinais de controle de comutação de inversor 144 a partir de um componente de controle de inversor 142 de um controlador de acionamento 140. Além disso, o controlador de acionamento 140 recebe um ou mais sinais ou valores 122 representando a voltagem de barramento DC Vdc, por exemplo, através de um ou mais sensores, conforme são conhecidos (não mostrados). [018] De acordo com os vários aspectos da presente exposição, o controlador de acionamento 140 inclui um sistema de detecção de ondulação e perda de fase 150, que inclui um ou mais filtros de passa banda (BPFs) 152 provendo sinais de saida de filtro ou valores para um circuito lógico 154 representando a amplitude de um harmônico correspondente predeterminado de uma frequência fundamental da potência de entrada AG na voltagem de barramento DC Vdc. A lógica 154, por sua vez, seletivamente detecta uma ou ambas uma ondulação excessiva no barramento DC 120 e/ou uma perda de fase associada à potência de entrada AC, com base pelo menos parcialmente no(s) sinal (is) de saida de filtro ou valor (es). Em uma implementação possível, o filtro ou filtros de passa banda 152 podem ser filtros de hardware individualmente operativos para receberem um sinal de entrada analógico 122 representando a voltagem de barramento DC Vdc, e para a provisão de um sinal de saída de filtro indicativo da amplitude de um harmônico predeterminado da frequência fundamental. Nessas modalidades, por exemplo, o circuito lógico 154 pode ser uma lógica de hardware dedicada operativa para avaliação de perda de fase e/ou ondulação excessiva, com base no(s) sinal(is) de saída de filtro a partir do(s) filtro(s) 152. [019] Em implementações alternativas, a lógica 154 pode ser implementada através de um elemento de processador programável, tais como um microprocessador, um microcontrolador, etc., com base em uma conversão de analógico para digital de sinais de saída de filtro analógicos a partir do(s) filtro(s) de passa banda 152. Em ainda outras modalidades possíveis, o sistema de detecção de ondulação e perda de fase inteiro 150 pode ser implementado usando-se pelo menos um processador digital programado usando-se instruções executáveis em computador adequadas para a implementação de filtros de passa' banda 152 por técnicas de filtração digital, conforme são conhecidas, com base em valores de voltagem de barramento DC amostrada (convertidos de analógico para digital) e para a provisão de valores de saida de filtro representando a amplitude do conteúdo harmônico correspondente dos valores amostrados de voltagem de barramento DC, bem como para a implementação da lógica 154 para seletivamente se proverem um sinal de saida ou valor de ondulação excessiva 156 e/ou um sinal de saida ou valor de detecção de perda de fase 158, com base nas saidas filtradas. [020] Conforme visto na figura 1, mais ainda, os sinais de saida ou valores de detector 156 e 158 podem ser providos para o controlador de inversor 142 para uso dessa forma, tal como para se parar de forma segura a operação do inversor, mediante a detecção de uma ou ambas estas condições, e as saidas de detecção 156, 158 também podem ser usadas por outros componentes de controle de supervisão do sistema de conversão de potência 100 e/ou podem ser comunicadas para dispositivos externos para uma ação apropriada. Mais ainda, a lógica 154 e/ou o controlador de acionamento 140 geralmente podem ser configurados ou programados para tomarem medidas configuráveis por usuário com base na detecção de uma voltagem de ondulação excessiva 156 ou uma perda de fase 158. Nesse sentido, o sistema 100 pode ser configurado para seletivamente iniciar um alarme com base em uma ou ambas as condições 156, 158 e/ou para se iniciar uma condição de falha, por exemplo, para se começar uma ou mais operações de parada de segurança, instigar ações de remediação, enviar mensagens de aviso, etc. [021] Com referência, também, à figura 2, um filtro de passa banda de integrados generalizado de segunda ordem (SOGI) de exemplq 152 é ilustrado, incluindo uma entrada para o recebimento do sinal ou valor de voltagem de barramento DC Vdc, bem como as saldas V, Vamp e QV. Embora um filtro de passa banda de segunda ordem 152 seja ilustrado, gualquer filtro de passa banda ou de rejeição de segunda ordem ou mais alta adequado pode ser usado, o que provê um corte mais baixo na frequência de entrada e um corte mais alto na frequência de saida para a implementação de uma filtração de passa banda, conforme é conhecido. Conforme citado previamente, o filtro de passa banda 152 pode ser implementado através de instruções de programação por um processador de sistema, e os componentes indicados na figura 2 podem ser implementados, cada um, em um software executado em processador ou um firmware executado em processador em certas implementações. Dentre os componentes funcionais no filtro de passa banda 152 da figura 2 estão funções de somatório 160, 168 e 182, uma função de ganho 164, funções de multiplicador 170 e 174, bem como funções de integrador 172 e 17 6 (mostradas como blocos 1/S na figura). Além disso, o bloco 180 na figura 2 provê uma operação de raiz quadrada da soma de quadrados com respeito aos valores de saida em quadratura V e QV, para a geração da saida de amplitude Vamp. [022] Conforme visto na figura 2, a entrada de voltagem de barramento DC Vdc é recebida pela junção de somatório inicial 160 do filtro 152, e a voltagem de saida V é subtraída dali para a geração de um sinal de erro ou valor 162. O erro 162 é multiplicado por um valor de ganho K através de uma função de ganho 164 para a provisão de um valor de erro ajustado 166. Um valor de retorno a partir de um multiplicador 174 é subtraído do valor de erro ajustado 166 através de um somador 168, cuja saída é provida para um multiplicador 170 para multiplicação por um valor de frequência harmônica co' = ηω, em que ω é a frequência de superfície traseira e n é a ordem de harmônico de interesse. Por exemplo. a frequência fundamental de suprimento de potência pode ser de 60 Hz em um exemplo, e um filtro de passa banda 152 em particular pode ser sintonizado com respeito a um harmônico predeterminado do mesmo, por exemplo, o segundo harmônico (por exemplo, 120 Hz, n = 2), o quarto harmônico (por exemplo, 240 Hz, n = 4) ou o sexto harmônico (por exemplo, 360 Hz, n = 6) em várias modalidades de exemplo. A saída do multiplicador 170 é integrada por uma função 1/S 172 para^ a provisão da saída V. Esta saída V também é provida como uma entrada para uma segunda função de integrador 176, cuja saída é multiplicada por ω' usando-se uma outra função de multiplicador 174. A saída do segundo multiplicador 174 é subtraída do sinal de erro ajustado ou valor 166 através do somador 168, conforme descrito acima, e o erro ajustado é subtraído da saída do multiplicador 174 através de uma outra função de somatório 182, de modo a se prover a saída em quadratura Qv. Além disso, a função de raiz quadrada da soma dos quadrados 180 provê a saída de amplitude como a raiz quadrada da soma dos quadrados dos valores de quadratura V e QV.

[023] O filtro de passa banda 152 nesta modalidade assim provê três saidas incluindo os sinais de quadratura V e QV, e a saida Vamp representando amplitude do harmônico de enésima ordem em relação ao valor de frequência de entrada ω. Conforme visto, o filtro de SOGI de exemplo 152 é relativamente simples de implementar em hardware ou usando—se técnicas de filtração digital em um processador programado, e apenas inclui dois integradores 172 e 176 juntamente com um parâmetro K. Os sinais de saida V e QV são definidos pelas funções de transferência mostradas nas equações (1) e (2) a seguir: e em que [024] V e QV têm ambos um ganho de zero na frequência de ω', mas têm um atraso de fase de 0 e 90 graus, respectivamente. Também, o filtro de exemplo remove a componente DC de Vdc, devido ao grande ganho negativo de V e QV a uma frequência baixa. Mais ainda, devido ao fato de V e QV serem sinais de quadratura à frequência ω', a amplitude de harmônicos naquela frequência o)' pode ser facilmente computada através da função de amplitude 180 de acordo com a equação (3) a seguir: (3) [025] Com referência, agora, às figuras 3 e 4, duas modalidades de exemplo de um sistema de detecção de ondulação / perda de fase 150 são ilustradas, nas quais múltiplos harmônicos podem ser detectados pelo uso de múltiplos filtros 152, conforme exemplificado na figura 2. O exemplo da figura 3 usa os canais de fluxo 152a e 152b para a identificação de harmônicos de segunda e sexta ordem, respectivamente, na voltagem de barramento DC Vdc para a detecção de ondulação excessiva e/ou perda de fase no sistema de conversão de potência 100. A figura 4 mostra uma outra modalidade usando três filtros de passa banda 152a, 152b e 152c para a obtenção de segundo, quarto e sexto harmônicos de Vdc para detecção de ondulação excessiva e/ou perda de fase. Nestas modalidades, as saldas de amplitude a partir dos filtros de passa banda 152 são V2_amp, V4_amp, e V6_amp, as quais representam ou indicam de outra forma as amplitudes de harmônico de segunda, quarta e sexta ordem detectados, em que o detector de harmônico de quarta ordem é opcional, conforme visto na figura 3. [026] Conforme citado acima, cada um dos filtros 152 recebe uma frequência de entrada ω' , a qual é um múltiplo da frequência fundamental de suprimento de potência ω, e também inclui um terminal de entrada (indicado como IN nas figuras 3 e 4), em que os exemplos ilustrados opcionalmente empregam blocos de somatório para seletivamente removerem os outros harmônicos computados da entrada amostra de voltagem de barramento DC Vdc. Assim, por exemplo, o sistema 150 da figura 3 inclui um somador 190 que provê uma entrada para um primeiro filtro de passa banda 152a pela subtração da saida de harmônico de sexta ordem V6 do outro filtro 152b do sinal de voltagem de barramento ou valor Vdc. Da mesma forma, uma função de somatório 194 é usada para a subtração da saida de filtro de segunda ordem v2 do filtro de passa banda 152a da voltagem de barramento Vdc para a provisão da entrada para o filtro de passa banda de harmônico de sexta ordem 152b. A entrada de cada detector de harmônico ou filtro de passa banda 152 é, portanto, substancialmente Vdc após a remoção de outros sinais harmônicos em linha, os quais são extraídos a partir de outros detectores de harmônico 152, embora as funções de soma 190 e 194 possam ser omitidas em certas modalidades. Além disso, o sistema de detecção 150 na figura 3 inclui multiplicadores de inteiro 192 (n = 2) e 196 (n = 6) que operam respectivamente para regularem as entradas de frequência ω' para os filtros de passa banda de segunda e sexta ordem 152a e 152b para os respectivos harmônicos de segunda e sexta ordem da frequência fundamental ω. [027] No exemplo da figura 3, o circuito lógico 150 implementa um comparador 200 que compara a amplitude do harmônico de sexta ordem v6_amp com um valor de limite 202 (THr) , e gera um sinal de saída booleano alto ativo para indicar uma voltagem de ondulação excessiva no barramento DC 12 0, se a amplitude v6_amp do harmônico de sexta ordem exceder ao limite 202. Na prática, o valor de limite 202 pode ser regulado para qualquer valor adequado pelo qual um conteúdo de ondulação de sexta ordem normal no barramento DC 120 pode ser diferenciado de quantidades excessivas ou anormais de ondulação. Nesse sentido, os inventores apreciaram que o uso de retificadores trifásicos de ponte completa passivos 110, tal como é comum em sistemas de conversão de potência de baixo custo 100, levará a valores normais ou nominais de conteúdo harmônico de sexta ordem da voltagem de barramento DC Vdc, e que um valor de limite 202 pode ser regulado mais alto do que este nível de operação normal, enquanto é baixo o bastante para detectar aumentos na ondulação, antes de efeitos adversos no capacitor de barramento C (figura 1). [028] Além disso, o circuito lógico 154 da figura 3 inclui um circuito divisor 210 provendo uma saída 214 que representa o valor da relação da amplitude de harmônico de segunda ordem para a amplitude de harmônico de sexta ordem (v2_amp / v6_amp) . O valor de relação 214 é comparado com um primeiro valor de limite de perda de fase 212 (THpli), e um comparador 220 gera ura sinal de saída de perda de fase alto ativo ou valor 158, quando a relação dos harmônicos de segunda e sexta ordem 214 exceder ao valor de limite 212. Os inventores apreciaram que a ocorrência de uma condição de perda de fase de entrada resultará em um aumento no conteúdo de harmônico de segunda e/ou quarta ordem da voltagem de barramento DC Vdc, e também pode resultar em uma diminuição na amplitude do conteúdo de harmônico de voltagem de barramento DC de sexta ordem. Assim sendo, a modalidade ilustrada vantajosamente computa ou de outra forma gera um sinal ou valor de relação 214, o qual aumentará mediante a ocorrência de uma condição de perda de fase. Na prática, o primeiro valor de limite de perda de fase 212 pode ser regulado de modo que o valor de relação 214 nominalmente esteja abaixo do limite 212 durante uma operação normal, e o valor de limite 212 preferencialmente é regulado baixo o bastante para que a valor de relação 214 exceda ao valor de limite 212 mediante a ocorrência de uma perda de fase na entrada AC. [029] A figura 4 ilustra uma outra modalidade empregando três filtros de passa banda 152a (que gera um sinal de saída indicando a amplitude do harmônico de segunda ordem), 152b (para o sexto harmônico), e a terceiro filtro de passa banda 152c provendo uma saida de amplitude (v4 amp) representando a amplitude do harmônico de quarta ordem da voltagem de barramento DC Vdc. Na modalidade ilustrada, um par de junções de soma é provido entre as entradas IN dos respectivos filtros de passa banda 152 e o valor de voltagem DC amostrado Vdc, de modo a se subtraírem os outros dois harmônicos em linha sendo computados. Por exemplo, a entrada IN para o filtro de passa banda de segunda ordem 152a é provida a partir dos somadores 190 e 230, os quais sucessivamente subtraem as saídas de harmônico de sexta ordem, e de quarta ordem ve e V4 dos outros filtros de passa banda 152b e 152c, respectivamente. De modo similar, a entrada IN para o segundo filtro de passa banda 152b para a geração do valor de saída de harmônico de sexta ordem é provido para os somadores 194 e 232 p^ra subtração dos ; harmônicos de segunda e quarta ordem, e a entrada para o terceiro filtro de passa banda 152c é provida através dos somadores 234 e 236 os quais respectivamente subtraem os valores de harmônico de segunda e sexta ordem V2 e vg. Além disso, o terceiro filtro de passa banda 152c é regulado para prover um sinal ou valor de amplitude de harmônico de quarta ordem v4_amp pelo uso de um multiplicador 238 (n = 4) para a provisão de co' introduzida no quarto harmônico da frequência fundamental ω (por exemplo, em 240 Hz para uma frequência fundamental de 60 Hz). [030] Neste exemplo, como naquele da figura 3 acima, o circuito lógico 154 inclui um comparador 200, o qual compara o valor de amplitude de harmônico de sexta ordem Vg amp com o valor de limite THr 202, e seletivamente atua a saida de detecção de ondulação 156, se o sexto harmônico Ve amp exceder o limite 202. Neste caso, contudo, a saida de detecção de perda de fase 158 é seletivamente ativada, por uma ou pelas duas condições através de uma porta OR ■ 260. Em particular, o sinal de saida de perda de fase 158 é gerado se a relação 214 'das amplitudes de harmônicos de segunda e sexta ordem exceder ao primeiro valor de limite predeterminado 212 (THPli) ou se uma relação 244 dos valores de harmônico de quarta e sexta.ordem exceder a um segundo valor de limite predeterminado 242 (THPL2)· Nesta implementação, portanto o circuito lógico 154 implementa uma segunda função de divisor 240 computando ou gerando de outra forma a relação 244 dos sinais ou valores de amplitude de harmônico de quarta e sexta ordem, bem como um comparador 250 provendo um sinal de saida alto ativo para a porta OR de saida 260, se a relação dos quarto e sexto harmônicos exceder a um limite THPL2 242. [031] Com referência também às figuras 5 e 6, métodos 300 e 350 são providos para a detecção de ondulação excessiva de voltagem de barramento DC e/ou perda de fase de entrada AC de acordo com aspectos adicionais da exposição. Embora os métodos de exemplo sejam mostrados e descritos na forma de urna série de atos ou eventos, será apreciado que os vários . métodos da exposição não estão limitados pela ordenação ilustrada desses atos ou eventos, exceto conforme especificamente estabelecido aqui. Nesse sentido, exceto conforme especificamente provido aqui adiante, alguns atos ou eventos podem ocorrer em uma ordem diferente e/ou concorrentemente com outros atos ou eventos à parte daqueles ilustrados e descritos aqui, e nem todas as etapas ilustradas ■ podem ser requeridas para a implementação de um processo ou método de acordo com a presente exposição. Os métodos ilustrados podem ser implementados em hardware, um software executado em processador ou combinações dos mesmos, de modo a se prover uma detecção de ondulação e/ou uma detecção de perda de fase e circuitos de conversão de potência, e podem ser implementados em um conversor de potência e/ou em um dispositivo em separado. Por exemplo, estas técnicas podem ser empregadas em conversores de potência 100 incluindo acionamentos de motor, tais como aqueles ilustrados e descritos aqui, embora a presente exposição não seja limitada às aplicações e aos sistemas especificamente ilustrados e descritos. [032] A figura 5 ilustra um método 300' para a detecção de ondulação excessiva em uma voltagem de barramento DC de um sistema de conversão de potência (por exemplo, o acionamento de motor 100 acima). O método 300 começa em 302, onde uma voltagem DC (por exemplo, Vdc) é amostrada, e um harmônico de sexta ordem da voltagem de amostra é obtido em 304. Em 306, uma determinação é feita quanto a se o harmônico de sexta ordem da voltagem de barramento DC é maior do que um valor de limite de ondulação (por exemplo, THr 202 acima) . Se não (NÃO em 306) , a voltagem de barramento DC de novo será amostrada em 302, e o processo continuará, conforme descrito acima. Se o harmônico de sexta ordem exceder ao limite (SIM em 306), uma ondulação excessiva será detectada em 308 (por exemplo, a saida de detecção de ondulação 156 nas figuras 3 e 4 acima é atuada), e um ou mais alarmes sendo falhas podem ser iniciados em 310. [033] A figura 6 ilustra um método 350 para seletivamente detectar uma perda de fase de entrada AC em um sistema de conversão de potência, em que uma voltagem de barramento DC do conversor de potência é amostrada 352. Em 354, o harmônico de sexta ordem da voltagem de barramento DC de amostra é obtido, e um harmônico de segunda (e, opcionalmente de quarta) ordem é obtido em 356. Em 358, uma ou mais relações são obtidas indicando a relação do harmônico de segunda ordem com o harmônico de sexta ordem e, opcionalmente, a relação do harmônico de quarta ordem com o harmônico de sexta ordem, e uma determinação é feita em 360 quanto a se uma ou ambas as relações excedem a um limite (por exemplo, THpli ou THPL2 acima) . Se não (NÃO em 360), o processo se repete em 352-360. Se qualquer uma das relações exceder ao limite (SIM em 360), uma ocorrência de perda de fase será detectada em 362 (por exemplo, a saida de detecção de perda de fase 158 acima) , e um ou mais alarmes ou falhas serão iniciados em 364. [034] De acordo com aspectos adicionais da presente exposição, um meio que pode ser lido em computador não transitório é provido, tais como uma memória de computador, uma memória em um sistema de controle de conversor de potência (por exemplo, um controlador 100, um CD-ROM, um disco flexível, uma unidade flash, um banco de dados, um servidor, um computador.- etc.), o que inclui instruções executáveis em computador para a execução dos métodos descritos acima. Os exemplos acima são meramente ilustrativos de várias· modalidades possíveis de vários aspectos da presente exposição, em que alterações equivalentes e/ou modificações ocorrerão a outros versados na técnica mediante a leitura e o entendimento deste relatório descritivo e dos desenhos anexados. Em particular, com respeito às várias funções executadas pelos componentes descritos acima (conjuntos, dispositivos, sistemas, circuitos e similares), pretende-se que os termos (incluindo uma referência a um "meio") usados para a descrição desses componentes correspondam,, a menos que indicado de outra forma, a qualquer componente, tais como um hardware, um software executado em processador, ou combinações dos mesmos, o qual execute a função especificada do componente descrito (isto é, que seja funcionalmente equivalente), embora não estruturalmente equivalente à estrutura exposta, a qual executa a função nas instalações ilustradas da exposição. Além disso, embora um recurso em particular da exposição possa ter sido exposto com respeito apenas a uma de várias implementações, esse recurso pode ser combinado com um ou mais outros recursos das outras implementações, conforme puder ser desejado e vantajoso para qualquer aplicação dada ou em particular. Também, até a extensão em que os termos "incluindo", "inclui", "tendo", "tem", "com" ou variantes dos mesmos são usados na descrição detalhada e/ou nas reivindicações, pretende-se que esses termos sejam inclusivos de uma maneira similar ao termo "compreendendo".

REIVINDICAÇÕE S

Claims

1. Sistema de conversão de potência, caracterizado pelo fato de que compreende: um retificador operativo para converter uma potência de entrada AC para prover uma potência DC para um barramento DC; um inversor operativo para gerar pelo menos um sinal de saida AC para acionamento de uma carga (20) usando potência a partir do barramento DC; e um sistema de detecção que compreende: um filtro operativo para prover um sinal de saida de filtro ou valor representando uma amplitude de um harmônico predeterminado de uma frequência fundamental da potência de entrada AC em. uma voltagem do barramento DC, e um circuito lógico operativo para seletivamente detectar pelo menos uma dentre uma ondulação excessiva no barramento DC e uma perda de fase associada à potência de entrada AC com base pelo menos parcialmente no sinal de saida de filtro ou no valor.

2. Sistema de conversão de potência, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o filtro compreende uma pluralidade de filtros de passa, banda individualmente operativcs para proverem um sinal de saida de filtro ou um valor representando uma amplitude de um harmônico predeterminado correspondente da frequência fundamental da potência de entrada AC na voltagem do barramento DC, e em que o circuito lógico é operativo para seletivamente detectar uma ondulação excessiva no barramento DC com base pelo menos parcialmente no sinal de saida de filtro ou valor a partir de um dos filtros de passa banda, e para seletivamente detectar uma perda de fase associada à potência de entrada AC com base pelo menos parcialmente nos sinais de saida de filtro ou valores a partir de pelo menos dois dos filtros de passa banda.

3. Sistema de conversão de potência, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os filtros de passa banda são integradores generalizados de segunda ordem.

4. Sistema de conversão de potência, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: o filtro compreende: um primeiro filtro de passa banda operativo para prover um primeiro sinal de saida de filtro ou valor representando uma amplitude de um segundo harmônico da frequência fundamental da potência de entrada AC na voltagem do barramento DC, e um segundo filtro de passa banda operativo para prover um segundo sinal de saida de filtro ou valor representando uma amplitude de um sexto harmônico da frequência fundamental da potência de entrada AC na voltagem do barramento DC; e o circuito lógico é operativo para: seletivamente detectar ondulação excessiva no barramento DC com base pelo menos parcialmente no segundo sinal de saida de filtro ou valor, e seletivamente detectar uma perda de fase associada à potência de entrada AC com base pelo menos parcialmente nos primeiro e segundo sinais de saida de filtro ou valores.

5. Sistema de conversão de potência, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o circuito lógico é operativo para seletivamente detectar uma perda de fase associada à potência de entrada AC, se uma relação do primeiro sinal de saída de filtro ou valor para o segundo sinal de saída de filtro ou valor excede um primeiro limite predeterminado.

6. Sistema de conversão de potência, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que: o filtro compreende um terceiro filtro de passa banda operativo para prover um terceiro sinal de saída de filtro ou valor representando uma amplitude de um quarto harmônico da frequência fundamental da potência de entrada AC na voltagem do barramento DC; e em que o circuito lógico è operativo para detectar uma perda de fase associada à potência de entrada AC, se a relação do primeiro sinal de saída de filtro ou valor par ao segundo sinal de saida de filtro ou valor exceder o primeiro limite predeterminado, ou se uma relação do terceiro sinal de saída de filtro ou valor para o segundo sinal de saída de filtro ou valor exceder um segundo limite predeterminado.

7. Sistema de conversão de potência, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o circuito lógico é operativo para a detecção de ondulação excessiva no barramento DC, se o segundo sinal de saída de filtro ou valor excede um terceiro limite predeterminado.

8. Sistema de conversão de potência, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que: o filtro compreende um terceiro filtro de passa banda operativo para prover um terceiro sinal de saída de filtro ou valor representando uma amplitude de um quarto harmônico da frequência fundamentãl da potência de entrada AC na voltagem do barramento DC; e em que o circuito lógico é operativo para detectar uma perda de fase associada à potência de entrada AC, se uma relação do primeiro sinal de saida de filtro ou valor para o segundo sinal de saida de filtro ou valor excede um primeiro limite predeterminado ou se uma relação do terceiro sinal de saida de filtro ou valor para o segundo sinal de saida de filtro ou valor excede um segundo limite predeterminado.

9. Sistema de convejrsão de potência, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o circuito lógico é operativo para a detecção de ondulação excessiva no barramento DC, se o sêgundo sinal de saida de filtro ou valor excede um terceiro limite predeterminado.

10. Sistema de conversão de potência, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que: o filtro compreende: um primeiro filtro de passa banda operativo para prover um primeiro sinal de saida de filtro ou valor representando uma amplitude de um segundo harmônico da frequência fundamental da potência de entrada AC na voltagem do barramento DC, e um segundo filtro de passa banda operativo para prover um segundo sinal de saida de filtro ou valor representando uma amplitude de um sexto harmônico da frequência fundamental da potência de entrada AC na voltagem do barramento DC; e em que o circuito lógico é operativo para: seletivaraente detectar uma ondulação excessiva no barramento DC, com base pelo menos parcialmente no segundo sinal de saida de filtro ou valor, e seletivamente detectar uma perda de fase associada à potência de entrada AC, se uma relação do primeiro sinal de saida de filtro ou valor para o segundo sinal de saida de filtro ou valor exceder um primeiro limite predeterminado.

11. Sistema de conversão de potência, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que: o filtro compreende um terceiro filtro de passa banda operativo para prover um terceiro sinal de saida de filtro ou valor representando uma amplitude de um quarto harmônico da frequência fundamental da potência de entrada AC na voltagem do barramento DC; e em que o circuito lógico é operativo para detectar uma perda de fase associada à potência de entrada AC, se a relação do primeiro sinal de saida de filtro ou valor par ao segundo sinal de saida de filtro ou valor exceder o primeiro limite predeterminado, ou se uma relação do terceiro sinal de saida de filtro ou valor para o segundo sinal de saida de filtro ou valor exceder um segundo limite predeterminado.

12. Sistema de conversão de potência, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o circuito lógico é operativo para a detecção de ondulação excessiva no barramento DC, se o segundo sinal de saida de filtro ou valor exceder um terceiro limite predeterminado.

13. Sistema de conversão de potência, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: O filtro compreende: um primeiro filtro de passa banda operativo para prover um primeiro sinal de saida de filtro ou valor representando uma amplitude de um segundo harmônico da frequência fundamental da potência de entrada AC na voltagem do barramento DC, e um segundo filtro de passa banda operativo para prover um segundo sinal de saida de filtro ou valor representando uma amplitude de um sexto harmônico da frequência fundamental da potência de entrada AC na voltagem do barramento DC; e em que o circuito lógico é operativo para: seletivamente detectar uma ondulação excessiva no barramento DC, se o segundo sinal de saida de filtro ou valor exceder um limite de ondulação predeterminado, e seletivamente detectar uma perda de fase associada à potência de entrada AC, se uma relação do primeiro sinal de saida de filtro ou valor para o segundo sinal de saida de filtro ou valor exceder um primeiro limite predeterminado.

14. Sistema de conversão de potência, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que: o filtro compreende um terceiro filtro de passa banda operativo para prover um terceiro sinal de saida de filtro ou valor representando uma amplitude de um quarto harmônico da frequência fundamentei da potência de entrada AC na voltagem do barramento DC; e em que o circuito lógico é operativo para detectar uma perda de fase associada à potência de entrada AC, se a relação do primeiro sinal de saida de filtro ou valor par ao segundo sinal de saida de filtro ou valor exceder o primeiro limite predeterminado, ou se uma relação do terceiro sinal de saida de filtro ou valor para o segundo sinal de saida de filtro- ou valor excede um segundo limite predeterminado.

15. Sistema de conversão de potência, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o filtro e o circuito lógico são implementados em pelo menos um processador programado.

16. Método para a detecção de perda de fase associada a uma potência de entrada AC para um sistema de conversão de potência, o método caracterizado pelo fato de que compreende: a amostragem de uma voltagem de um barramento DC do sistema de conversão de potência; a obtenção de um sexto harmônico de uma frequência fundamental da potência de entrada AC na voltagem amostrada do barramento DC; a obtenção de pelo menos um segundo harmônico e um quarto harmônico da frequência fundamental da potência de entrada AC na voltagem amostrada do barramento DC; a obtenção de uma relação de um dentre o segundo harmônico e o quarto harmônico para o sexto harmônico; e a detecção de uma perda de fase associada à potência de entrada AC, se a relação exceder um limite predeterminado.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato c’e que compreende: a obtenção de uma primeira relação do segundo harmônico para o sexto harmônico; a obtenção de uma segunda relação do quarto harmônico para a o sexto harmônico; a comparação da primeira relação com um primeiro limite predeterminado; a comparação da segunda relação com um segundo limite predeterminado; e a detecção de uma perda de fase associada à potência de entrada AC, se a primeira relação exceder o primeiro limite predeterminado ou se a segunda relação exceder o segundo limite predeterminado.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende: a comparação do sexto harmônico com um terceiro limite predeterminado; e a detecção de uma ondulação excessiva na voltagem de um barramento DC, se o sexto harmônico exceder o terceiro limite predeterminado.

19. Meio que pode ser lido em computador não transitório com instruções executáveis em computador para a detecção de perda de fase associada a uma potência de entrada AC para um sistema de conversão de potência, o meio que pode ser lido em computador caracterizado pelo fato de que compreende instruções executáveis em computador para: a amostragem de uma voltagem de um barramento DC do sistema de conversão de potência; a obtenção de um sexto harmônico de uma frequência fundamental da potência cie entrada AC na voltagem amostrada do barramento DC; a obtenção de pelo menos um segundo harmônico e um quarto harmônico da frequência fundamental da potência de entrada AC na voltagem amostrada do barramento DC; a obtenção de uma relação de um dentre o segundo harmônico e o quarto harmônico para o sexto harmônico; e a detecção de uma perda de fase associada à potência de entrada AC, se a relação exceder um limite predeterminado.

20. Meio que pode ser lido em computador, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende instruções executáveis em computador para; a obtenção de uma primeira relação do segundo harmônico para o sexto harmônico; a obtenção de uma segunda relação do quarto harmônico para o sexto harmônico; a comparação da primeira relação com um primeiro limite predeterminado; a comparação da segunda relação com um segundo limite predeterminado; e a detecção de uma perda de fase associada à potência de entrada AC, se a primeira relação exceder o primeiro limite predeterminado e se a segunda relação exceder o segundo limite predeterminado; a comparação do sexto harmônico com um terceiro limite predeterminado; e a detecção de ondulação excessiva na voltagem de um barramento DC, se o sexto harmônico exceder o terceiro limite predeterminado.