BR102014019695A2 - solenoid valve control method provided with magnetic cursor - Google Patents
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Abstract
método de controle de válvula solenóide provida de cursor magnético. a presente invenção pertence ao campo tecnológico de métodos e sistemas elétricos ou eletrônicos dedicados ao controle de válvulas solenóide. problema a ser resolvido: o atual estado da técnica não compreende métodos de controle dedicados a válvulas solenoides biestáveis integradas por cursores magnéticos cuja movimentação não causa a alteração da indutância de sensores indutivos e/ou bobinas elétricas em geral, como é o caso da válvula solenoide biestável descrita no documento patentário brasileiro br1020140072543. resolução do problema: é revelado um método de controle de válvula solenóide provida de cursor magnético cuja mensuração do posicionamento do cursor deslocável no interior do corpo de válvula é realizada por meio da análise da tensão induzida pelo citado cursor deslocável no elemento gerador de campo eletromagnético.solenoid valve control method provided with magnetic slider. The present invention belongs to the technological field of electrical or electronic methods and systems dedicated to solenoid valve control. problem to be solved: the current state of the art does not include control methods dedicated to bistable solenoid valves integrated by magnetic cursors whose movement does not cause the inductance change of inductive sensors and / or electric coils in general, as is the case of the solenoid valve described in Brazilian patent document br1020140072543. Problem solving: A solenoid valve control method provided with a magnetic slider is disclosed whose measurement of the displaceable slider positioning within the valve body is performed by analyzing the stress induced by said sliding slider on the electromagnetic field generator element.
Description
“MÉTODO DE CONTROLE DE VÁLVULA SOLENÓIDE PROVIDA DE CURSOR MAGNÉTICO” Campo da Invenção [0001] A invenção em questão refere-se a um método de controle de válvula solenóide provida de cursor magnético e, mais particularmente, um método de controle que, aplicado em uma válvula solenóide biestável provida de um cursor magnético hábil de ser deslocado entre duas posições funcionais, prevê o controle ativo de desaceleração do referido cursor magnético a partir da mensuração do posicionamento do mesmo, sem a necessidade de utilização de sensores adicionais de mensuração de posicionamento.Field of the Invention The present invention relates to a solenoid valve control method provided with a magnetic slider and, more particularly, a control method which, when applied to a magnetic slider. A bistable solenoid valve, provided with a magnetic slider capable of being moved between two functional positions, provides for active deceleration control of said magnetic slider by measuring its positioning without the need for additional positioning measurement sensors.
[0002] Em linhas gerais, o método de controle ora revelado prevê a alteração dinâmica da alimentação elétrica do componente que induz o movimento do cursor magnético (normalmente, uma bobina elétrica) e, consequentemente, a aceleração e/ou desaceleração da movimentação do cursor magnético, a partir da mensuração, em tempo real, do posicionamento instantâneo do citado cursor magnético, sendo tal mensuração de posicionamento realizada por meio da análise da tensão induzida pelo próprio cursor magnético no componente que induz seu movimento. Fundamentos da Invenção [0003] Como é do conhecimento dos técnicos versados no assunto, o atual estado da técnica compreende uma pluralidade de modelos de válvulas solenóide, os quais podem ser utilizados em praticamente todos os ramos e segmentos industriais.Generally speaking, the control method disclosed herein provides for the dynamic change of the power supply of the component that induces magnetic cursor movement (usually an electric coil) and, consequently, the acceleration and / or deceleration of cursor movement. magnetic field, from the real time measurement of the instantaneous positioning of the said magnetic cursor, and this positioning measurement is performed through the analysis of the voltage induced by the magnetic cursor itself in the component that induces its movement. BACKGROUND OF THE INVENTION As is well known to those skilled in the art, the current state of the art comprises a plurality of solenoid valve designs which can be used in virtually all branches and industrial segments.
[0004] Grosso modo, uma válvula solenóide é fundamentalmente composta por um corpo de válvula, por uma sede válvula e um meio de acionamento elétrico responsável por causar movimentação mecânica entre o referido corpo de válvula e a sede de válvula, sendo a referida movimentação mecânica normalmente realizada por meio de atração e/ou repulsão magnética que o meio de acionamento elétrico induz sobre um destes dois elementos. Normalmente, a sede de válvula compreende um corpo metálico e/ou magnético e o meio de acionamento elétrico compreende uma bobina elétrica que, ao receber energia elétrica, gera um campo magnético hábil de atrair ou repelir a sede de válvula.Roughly speaking, a solenoid valve is fundamentally composed of a valve body, a valve seat and an electric drive means responsible for causing mechanical movement between said valve body and the valve seat, said mechanical movement being said. It is usually performed by means of magnetic attraction and / or repulsion that the electric drive means induces on one of these two elements. Normally, the valve seat comprises a metallic and / or magnetic body and the electric drive means comprises an electric coil which, upon receiving electrical energy, generates a magnetic field capable of attracting or repelling the valve seat.
[0005] Vale ainda mencionar que os componentes que integram uma válvula solenóide são tratados por diferentes nomenclaturas em literatura técnica especializada. A sede de válvula, por exemplo, é também conhecida como cursor, armadura, êmbolo, dentre outros. De todo modo, e independentemente da denominação, a sede de válvula compreende o elemento móvel e excitável pelo meio de acionamento elétrico. A fim de evitar problemas com denominações técnicas, a sede de válvula será doravante citada apenas como cursor.It is also worth mentioning that the components that make up a solenoid valve are treated by different nomenclatures in specialized technical literature. The valve seat, for example, is also known as cursor, armature, plunger, among others. In any event, and regardless of denomination, the valve seat comprises the movable and excitable element by the electric drive means. In order to avoid problems with technical names, the valve seat will hereinafter be referred to as a cursor only.
[0006] Em concretizações e aplicações especiais, e levando em consideração que o cursor compreende um componente móvel (em relação ao corpo da válvula), é muitas vezes necessário ter conhecimento da posição do mesmo.In special embodiments and applications, and bearing in mind that the slider comprises a moving component (relative to the valve body), it is often necessary to be aware of its position.
[0007] Este interesse e/ou necessidade pode estar relacionado a diferentes necessidades: evitar o choque do cursor no interior do corpo de válvula, dosar a intensidade do campo magnético do meio de acionamento elétrico, sincronizar a frequência de movimentação do cursor à frequência do sistema de controle, verificar uma condição estática do cursor durante situações específicas, dentre outras. Assim, o atual estado da técnica prevê também diferentes meios, métodos e sistemas de controle de válvulas solenóide especialmente dedicados à mensuração do posicionamento de seu cursor.This interest and / or need may be related to different needs: avoiding the shock of the cursor inside the valve body, measuring the magnetic field strength of the electric drive means, synchronizing the cursor movement frequency to the frequency of the control system, check a static condition of the cursor during specific situations, among others. Thus, the current state of the art also provides for different solenoid valve control means, methods and systems especially dedicated to measuring the position of your cursor.
[0008] São conhecidos sistemas mais simplistas que preveem a utilização de sensores adicionais exclusivamente responsáveis de detecção do posicionamento do cursor. Convencionalmente, tais sensores adicionais podem compreender bobinas secundárias, sensores indutivos em geral, sensores tipo hall, dentre outros. Evidentemente, a utilização de sensores adicionais acaba por encarecer o custo final da própria válvula solenóide, bem como do sistema de controle.More simplistic systems are known which provide for the use of additional sensors solely responsible for detecting cursor positioning. Conventionally, such additional sensors may comprise secondary coils, inductive sensors in general, hall sensors, among others. Of course, the use of additional sensors makes the final cost of the solenoid valve itself as well as the control system expensive.
[0009] Neste sentido, e visando reduzir o custo final das válvulas solenóide, são também conhecidos sistemas que, embora mais complexos, são destituídos de sensores adicionais.In this regard, and in order to reduce the final cost of solenoid valves, systems are known which, although more complex, are devoid of additional sensors.
[0010] O documento US5053911 descreve, por exemplo, um método e sistema de controle de cursor de válvula solenóide onde é descrita a determinação indireta da posição do cursor através da mensuração da variação da indutância elétrica do meio de acionamento elétrico, que compreende uma bonina elétrica. Isto é, a própria bobina de acionamento do cursor funciona também como sensor. Conforme o cursor se movimenta ao longo do corpo de válvula, ocorrem alterações na indutância elétrica do meio de acionamento elétrico e, consequentemente, o decaimento da corrente elétrica de acionamento do citado cursor. Assim, é descrita a possibilidade de mensurar o “fechamento” da válvula solenóide quando é mensurada a maior indutância elétrica que o cursor é capaz de causar na bobina. Vale enfatizar que embora o citado documento US5053911 preveja a mensuração do posicionamento do cursor (na verdade, apenas um possível posicionamento do cursor) sem a utilização de sensores adicionais, não é previsto qualquer tipo de controle ativo de movimentação do cursor a partir da mensuração deste posicionamento.US5053911 describes, for example, a solenoid valve cursor control method and system wherein indirect determination of the cursor position is described by measuring the electrical inductance variation of the electric drive means comprising a bonnet. electric That is, the cursor drive coil itself also functions as a sensor. As the slider moves along the valve body, changes occur in the electrical inductance of the electric drive means and, consequently, the decay of the electric drive current of said slider. Thus, it is described the possibility of measuring the “closing” of the solenoid valve when the highest electrical inductance that the cursor is capable of causing in the coil is measured. It is noteworthy that although the aforementioned document US5053911 provides for the measurement of cursor positioning (actually only possible cursor positioning) without the use of additional sensors, no active cursor movement control is foreseen from the measurement of this cursor. positioning.
[0011] O documento WO9824106 descreve, por exemplo, um método e sistema de controle de cursor de válvula solenóide extremamente similar ao método e sistema de controle descrito no documento US5053911, sendo, no entanto, possível mensurar pelo menos dois posicionamentos do cursor através da comparação entre a indutância elétrica da bobina de acionamento do cursor e parâmetros pré-calibrados correlacionados a posicionamentos específicos do mesmo. Para tanto, o meio de acionamento elétrico (bobina elétrica) é energizado com uma “primeira” corrente elétrica incapaz de movimentar o cursor enquanto um circuito comparador monitora o decaimento desta corrente elétrica, iniciando um contador de tempo a partir do primeiro indício de decaimento. Em seguida, o mesmo meio de acionamento elétrico (bobina elétrica) é energizado com uma “segunda” corrente elétrica capaz de movimentar o cursor enquanto outro circuito comparador monitora decaimento desta corrente elétrica, iniciando um contador de tempo a partir do primeiro indício de decaimento. Em seguida, os tempos de decaimento da “primeira” e “segunda” corrente elétrica são comparados, sendo o posicionamento do cursor mensurado a partir desta comparação.WO9824106 describes, for example, a solenoid valve cursor control method and system that is extremely similar to the method and control system described in US5053911, however, it is possible to measure at least two cursor positions via the Comparison between the electric inductance of the cursor drive coil and pre-calibrated parameters correlated to specific positions of the same. To this end, the electric drive means (electric coil) is energized with a "first" electric current unable to move the cursor while a comparator circuit monitors the decay of this electric current, starting a time counter from the first sign of decay. Then the same electrical drive means (electric coil) is energized with a "second" electric current capable of moving the cursor while another comparator circuit monitors the decay of this electric current, starting a time counter from the first sign of decay. Then, the decay times of the “first” and “second” electric currents are compared, with the cursor position measured from this comparison.
[0012] O documento US5942892 também descreve um sistema de verificação de posicionamento do cursor de uma válvula solenóide capaz de verificar, em tempo real, o posicionamento do referido cursor. Para tanto, é prevista a utilização de um circuito paralelo ao circuito responsável pelo acionamento elétrico (bonina elétrica) e um instrumento de verificação de frequência (demodulador) conectado ao referido circuito responsável pela alimentação elétrica do meio de acionamento elétrico. Uma frequência de excitação é introduzida no circuito responsável pela alimentação elétrica do meio de acionamento elétrico, e o posicionamento do cursor é atrelado à flutuação da frequência observada no circuito responsável pela alimentação elétrica do meio de acionamento elétrico. Entretanto, a inclusão de um circuito paralelo aumenta o custo e a complexidade deste sistema.US5942892 also describes a cursor position verification system of a solenoid valve capable of verifying, in real time, the positioning of said cursor. To this end, it is foreseen to use a circuit parallel to the circuit responsible for the electric drive (electric bonnet) and a frequency verification instrument (demodulator) connected to said circuit responsible for the electrical supply of the electric drive medium. An excitation frequency is introduced in the circuit responsible for the electrical supply of the electric drive means, and the positioning of the cursor is linked to the fluctuation of the frequency observed in the circuit responsible for the electrical supply of the electric drive means. However, the inclusion of a parallel circuit increases the cost and complexity of this system.
[0013] O documento US6891710 descreve um método de controle de válvula solenóide. De acordo com tal documento, é detectado o posicionamento do cursor e, com base nesta informação, é realizado um controle da corrente de alimentação do componente responsável pelo acionamento (bonina elétrica) do referido cursor. Mais particularmente, o método de controle descrito neste documento consiste em identificar a transição do cursor entre uma região de bloqueio e uma região de controle, sendo que imediatamente após esta transição é aplicado um valor de corrente na bobina para manter o cursor em uma posição definida por um nível de pressão confiável. Vale destacar que a mensuração do instante de transição (de certa forma, a mensuração do posicionamento) do cursor baseia-se na variação de indutância gerada especialmente nesta situação. A movimentação do cursor da região de bloqueio para a região de controle se dá por meio da redução da corrente elétrica na bobina para um valor mínimo que é mantido através de um regulador de corrente que aplica tensão na bobina através de uma modulação por largura de pulso, sendo que tal regulador é ajustado para responder lentamente à variação de corrente para que o pico de corrente que ocorre na transição da região de bloqueio para região de controle seja detectada.US6891710 describes a method of solenoid valve control. According to such document, the positioning of the cursor is detected and, based on this information, a control of the supply current of the component responsible for the drive (electric coil) of said cursor is performed. More particularly, the control method described in this document is to identify the cursor transition between a locking region and a control region, and immediately after this transition a coil current value is applied to keep the cursor in a defined position. by a reliable pressure level. It is noteworthy that the measurement of the transition moment (in a way, the positioning measurement) of the cursor is based on the inductance variation generated especially in this situation. Cursor movement from the locking region to the control region occurs by reducing the electrical current in the coil to a minimum that is maintained by a current regulator that applies voltage to the coil through pulse width modulation. whereby such regulator is adjusted to respond slowly to the current variation so that the peak current occurring in the transition from the blocking region to the control region is detected.
[0014] Ocorre, no entanto, que as soluções propostas pelos documentos US5053911, US5942892, WO9824106 e US6891710 não são aplicáveis em válvulas solenoides biestáveis integradas por cursores cuja movimentação não altera a indutância (considerando valores significativos) da bobina elétrica.However, the solutions proposed by US5053911, US5942892, WO9824106 and US6891710 do not apply to bistable integrated solenoid valves whose movement does not change the inductance (considering significant values) of the electric coil.
[0015] Um exemplo de válvula solenoide biestável deste tipo, onde a variação da indutância causada pelo deslocamento do cursor é demasiadamente pequena (não permitindo extrair informações relacionadas ao seu posicionamento) é detalhadamente descrita no documento patentário brasileiro BR1020140072543, da ora requerente. Isto significa que o atual estado da técnica carece de métodos de controle especialmente aplicáveis na válvula solenoide descrita no referido documento patentário brasileiro BR1020140072543, e é com base neste cenário que surge a presente invenção.[0015] An example of such a bistable solenoid valve, where the variation in inductance caused by slider displacement is too small (not permitting to extract position related information) is described in detail in the Brazilian patent document BR1020140072543, of the applicant. This means that the present state of the art lacks control methods especially applicable to the solenoid valve described in said Brazilian patent document BR1020140072543, and it is based on this scenario that the present invention arises.
Objetivos da invenção [0016] Portanto, é o objetivo principal da invenção em questão revelar um método de controle de válvula solenoide integrada por um cursor (que se desloca no interior de um corpo de válvula a partir de excitação magnética gerada por uma bobina elétrica) cuja movimentação não é particularmente capaz de alterar o valor da indutância elétrica da bobina elétrica que estimula a movimentação do referido cursor. Consequentemente, é um dos objetivos da invenção em questão revelar um método de controle especialmente dedicado à válvula solenoide descrita no referido documento patentário brasileiro BR1020140072543.OBJECTS OF THE INVENTION It is therefore the main object of the present invention to disclose a method of solenoid valve control integrated by a slider (which moves within a valve body from magnetic excitation generated by an electric coil) whose movement is not particularly capable of changing the electrical inductance value of the electric coil that stimulates the movement of said cursor. Accordingly, it is an object of the present invention to disclose a control method especially dedicated to the solenoid valve described in said Brazilian patent document BR1020140072543.
Sumário da Invenção [0017] Para tanto, é revelado um novo método de controle de válvula solenoide provida de cursor magnético capaz de alcançar todos os objetivos definidos.To this end, a novel solenoid valve control method provided with a magnetic slider capable of achieving all defined objectives is disclosed.
[0018] Tal método, de acordo com a invenção em questão, compreende pelo menos uma etapa de controle de posicionamento do cursor deslocável no interior do corpo de válvula a partir de pelo menos um parâmetro elétrico do elemento gerador de campo eletromagnético da válvula, a qual é integrada por um corpo de válvula, um cursor deslocável disposto no interior do corpo de válvula, e um elemento gerador de campo eletromagnético disposto no exterior do corpo de válvula, sendo que o referido cursor deslocável é provido de pelo menos uma região magnética excitável por pelo menos um elemento gerador de campo eletromagnético, o qual é hábil de estimular a movimentação seletiva e orientada do cursor deslocável no interior do corpo de válvula através de atração ou repulsão magnética da região magnética do cursor deslocável.Such a method according to the present invention comprises at least one step of controlling the positioning of the sliding slider within the valve body from at least one electrical parameter of the valve electromagnetic field generator element, a. which is comprised of a valve body, a displaceable slider disposed within the valve body, and an electromagnetic field generating element disposed outside the valve body, said displaceable slider being provided with at least one excitable magnetic region by at least one electromagnetic field generating element which is capable of stimulating selective and oriented movement of the displaceable cursor within the valve body by magnetic attraction or repulsion of the magnetic region of the displaceable cursor.
[0019] A invenção em questão diferencia-se do estado da técnica pelo fato de que a mensuração do posicionamento do cursor deslocável no interior do corpo de válvula é realizada por meio da análise da tensão induzida pelo citado cursor deslocável no elemento gerador de campo eletromagnético. Com base nisto, são previstas as seguintes etapas: (a) gerar sinal de referência de posição através do bloco gerador de referência durante intervalo de tempo pré-definido referente ao tempo de vedação da via de entrada do corpo de válvula a partir da qual se deseja iniciar a movimentação seletiva do cursor deslocável, (b) após intervalo de tempo de vedação da via de entrada do corpo de válvula a partir da qual se iniciou a movimentação seletiva, gerar sinal de referência de posição através do bloco gerador de referência durante intervalo de tempo pré-definido referente ao tempo de vedação da via de entrada situada na extremidade oposta do corpo de válvula, e (c) manter movimentação seletiva através dos passos (a) e (b) até desligamento do sistema de acionamento.The invention in question differs from the state of the art in that the measurement of the displaceable cursor positioning within the valve body is performed by analyzing the stress induced by said displaceable cursor on the electromagnetic field generator element. . Based on this, the following steps are envisaged: (a) generating position reference signal through the reference generator block during predefined time interval relative to the valve body inlet sealing time from which wish to initiate selective movement of the displaceable cursor, (b) after sealing time interval of the valve body inlet from which selective motion was initiated, generate position reference signal through reference generator block during interval a preset time limit for the inlet sealing time at the opposite end of the valve body, and (c) maintain selective movement through steps (a) and (b) until the drive system shuts down.
[0020] Preferencialmente, a variação da razão cíclica dos pulsos que comandam as chaves do conversor CC-CA que alimenta o gerador de campo eletromagnético da válvula é realizada através de um controlador proporcional, integral e derivativo.Preferably, the variation of the cyclic ratio of the pulses commanding the switches of the DC-AC converter that powers the valve's electromagnetic field generator is accomplished through a proportional integral and derivative controller.
Descrição Resumida dos Desenhos [0021] A presente invenção será detalhadamente descrita com base nas figuras abaixo listadas, as quais: [0022] A figura 1 ilustra, de forma esquemática, a válvula tipo solenóide hábil de ser acionada pelo método descrito na presente invenção;BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be described in detail on the basis of the figures listed below, which: Figure 1 schematically illustrates the solenoid valve capable of operation by the method described in the present invention;
[0023] A figura 2 ilustra um gráfico relacionado aos os valores da indutância (L) do elemento gerador de campo eletromagnético e do fluxo (K) da região magnética do atuador deslocável da válvula tipo solenóide hábil de ser acionada pelo método descrito na presente invenção;[0023] Figure 2 illustrates a graph related to the inductance (L) values of the electromagnetic field generator element and the magnetic region flux actuator displaceable actuator (K) values capable of being actuated by the method described in the present invention. ;
[0024] A figura 3 ilustra, de forma esquemática, um diagrama de blocos referente ao sistema de acionamento de atuador magnético de válvula tipo solenóide;Fig. 3 schematically illustrates a block diagram of the solenoid valve magnetic actuator drive system;
[0025] A figura 4 ilustra, de forma esquemática, uma representação elétrica do conversor CC-AC (ponte H) que alimenta o gerador de campo eletromagnético da válvula tipo solenóide;Figure 4 schematically illustrates an electrical representation of the DC-AC converter (H-bridge) feeding the solenoid valve electromagnetic field generator;
[0026] A figura 5 ilustra um gráfico das formas de onda da tensão e corrente elétrica o gerador de campo eletromagnético da válvula tipo solenóide; e [0027] As figuras 6A, 6B, 6C, 6D e 6E ilustram gráficos dos sinais elétricos de posição de referência, posição real, tensão, corrente e FCEM respectivamente. Descrição Detalhada da Invenção [0028] De acordo com os objetivos da invenção em questão, é apresentado o método de controle de válvula solenóide provida de cursor magnético e, em especial, uma válvula solenóide conforme ilustrado na figura 1.[0026] Figure 5 illustrates a graph of the voltage and current waveforms of the solenoid valve electromagnetic field generator; and Figures 6A, 6B, 6C, 6D and 6E illustrate graphs of the electrical signals of reference position, actual position, voltage, current and FCEM respectively. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In accordance with the objects of the present invention, the solenoid valve control method provided with a magnetic slider and, in particular, a solenoid valve as shown in Figure 1 is presented.
[0029] Assim, a citada válvula solenóide compreender um corpo de válvula 1, um cursor deslocável 2 e um elemento gerador de campo eletromagnético 3.Thus, said solenoid valve comprises a valve body 1, a displaceable slider 2 and an electromagnetic field generator element 3.
[0030] O referido corpo de válvula 1 compreende um corpo tubular provido de pelo menos duas vias de entrada 11 e 12, e uma via de saída 13.Said valve body 1 comprises a tubular body provided with at least two inlet ports 11 and 12, and one outlet port 13.
[0031] O referido cursor deslocável 2 compreende um corpo tubular provido de pelo menos uma região magnética 21 de interação cooperante com o elemento gerador de campo eletromagnético 3.Said displaceable slider 2 comprises a tubular body provided with at least one magnetic region 21 of cooperating interaction with the electromagnetic field generator element 3.
[0032] O referido elemento gerador de campo eletromagnético 3 é hábil de estimular a movimentação seletiva e orientada do cursor deslocável 2 no interior do corpo de válvula 1 através de atração ou repulsão magnética da região magnética 21 do cursor deslocável 2.Said electromagnetic field generator element 3 is capable of stimulating the selective and oriented movement of the slider 2 within the valve body 1 by attracting or magnetic repulsion of the magnetic region 21 of the slider 2.
[0033] Neste contexto, vale ainda destacar que a região magnética 21 do cursor deslocável 2 compreende, preferencialmente, um imã de campo magnético fixo, e o elemento gerador de campo eletromagnético 3 compreende uma bobina elétrica. Portanto, e de acordo com a polaridade da alimentação elétrica do elemento gerador de campo eletromagnético 3, este gera uma campo atrativo ou repulsivo capaz de movimentar o cursor deslocável 2 de acordo com as necessidades de operação da válvula solenóide.In this context, it is further noted that the magnetic region 21 of the slider 2 preferably comprises a fixed magnetic field magnet, and the electromagnetic field generator element 3 comprises an electric coil. Therefore, and according to the power supply polarity of the electromagnetic field generator element 3, it generates an attractive or repulsive field capable of moving the slider 2 according to the operating needs of the solenoid valve.
[0034] Consequentemente, a movimentação seletiva e orientada do cursor deslocável 2, no interior do corpo de válvulal, é hábil de controlar a comunicação fluida ou a vedação entre as vias de entrada 11 e 12 e a via de saída 13 do referido corpo de válvula 1. Vale destacar que, conforme já previsto no documento patentário brasileiro BR1020140072543, a movimentação do cursor deslocável 2, no interior do corpo de válvulal (ou em relação ao corpo de válvula 1) pode compreender uma movimentação linear ou uma movimentação rotativa.Accordingly, the selective and oriented movement of the displaceable slider 2 within the valve body is capable of controlling fluid communication or sealing between the inlet ports 11 and 12 and the outlet port 13 of said valve body. It is noteworthy that, as already provided in Brazilian patent document BR1020140072543, the movement of the displaceable slider 2 within the valve body (or relative to valve body 1) may comprise linear motion or rotary motion.
[0035] Para realizar a movimentação seletiva do cursor magnético 2 são aplicados pulsos de tensão elétrica alternando a polaridade de tensão para que o cursor magnético 2 se desloque de uma via para outra em intervalos de tempo pré-definidos de acordo com os tempos de vedação de cada via de entrada. Estes pulsos de tensão elétrica são aplicados no elemento gerador de campo eletromagnético 3 através de uma fonte de tensão elétrica caracterizada por um sistema eletrônico que, durante a aplicação dos pulsos de acionamento, varia a amplitude da tensão elétrica de alimentação do elemento gerador de campo eletromagnético em função da posição do atuador deslocável 2. Denomina-se este tipo de fonte de alimentação como fonte de tensão elétrica controlada por posição.To perform selective movement of magnetic cursor 2, electric voltage pulses are applied by alternating the voltage polarity so that magnetic cursor 2 moves from one path to another at predefined time intervals according to the sealing times. of each route of entry. These electric voltage pulses are applied to the electromagnetic field generator element 3 through an electrical voltage source characterized by an electronic system which, during the application of the drive pulses, varies the amplitude of the electric supply voltage of the electromagnetic field generator element. depending on the position of the displaceable actuator 2. This type of power supply is referred to as a position-controlled voltage source.
[0036] A posição instantânea do cursor deslocável 2 é calculada através da tensão induzida no elemento gerador de campo eletromagnético 3 pelo deslocamento do cursor magnético 2.The instantaneous position of the displaceable cursor 2 is calculated by the voltage induced on the electromagnetic field generator element 3 by the displacement of the magnetic cursor 2.
[0037] Para a realização do cálculo da tensão induzida parte-se do princípio que os valores da indutância (L) do elemento gerador de campo eletromagnético 3 e do fluxo (K) da região magnética 21 do citado cursor deslocável 2 são praticamente constantes entre as extremidades do corpo da válvula que delimitam o curso do mencionado cursor magnético 2, conforme ilustrado na Figura 2. Também vale destacar que o gráfico da figura 2 aplica-se tanto para um cursor deslocável 2 de movimento linear quanto para um cursor deslocável 2 de movimento rotativo.For the calculation of the induced voltage it is assumed that the inductance (L) values of the electromagnetic field generator element 3 and the flux (K) of the magnetic region 21 of said displaceable cursor 2 are practically constant between the ends of the valve body that delimit the stroke of said magnetic cursor 2, as illustrated in Figure 2. It is also noteworthy that the graph of Figure 2 applies to both a linearly moving displaceable cursor 2 and a displaceable cursor 2 of rotary motion.
[0038] A partir desta constatação demonstra-se como a posição da região magnética 21 e, consequentemente, do cursor deslocável 2 pode ser estimada apenas através da tensão induzida no elemento gerador de campo eletromagnético 3.From this finding it is demonstrated how the position of the magnetic region 21 and hence the displaceable cursor 2 can be estimated only through the induced voltage in the electromagnetic field generator element 3.
[0039] Neste sentido, a tensão existente nos terminais elétricos do elemento gerador de campo eletromagnético 3 (bobina elétrica) pode ser representada matematicamente pela seguinte equação fundamental: [0040] Na equação fundamental acima apresentada, os termos a direita da igualdade são, respectivamente, a queda de tensão devido à resistência elétrica, a queda de tensão devido à indutância e a tensão induzida pelo deslocamento do cursor magnético, também denominada força contra-eletromotriz (FCEM). Ao escrever a força contra-eletromotriz (FCEM) em função das outras variáveis elétricas do elemento gerador de campo eletromagnético 3 (bobina elétrica), obtém-se a seguinte expressão: [0041] Ao aproximar a variável “L” por um valor constante nesta equação determina-se a FCEM do elemento gerador de campo eletromagnético 3 (bobina elétrica), afinal, o valor da corrente elétrica “i” é obtido através de um sensor, a variação da resistência elétrica “R” com a temperatura pode ser desprezada e a tensão terminal da bobina “v” é imposta pelo circuito de acionamento. A partir da equação (1), observa-se que a FCEM é o produto entre o fluxo “K” do cursor e a taxa de deslocamento “x” do mesmo. Como o fluxo “K” é constante ao longo do curso do cursor, conforme constatado a partir da figura 2, e a FCEM já fora previamente determinada através da equação (2), determina-se então, a posição do cursor através da seguinte expressão: [0042] A partir da posição do cursor magnético 2 concretiza-se a realimentação da fonte de alimentação do gerador de campo eletromagnético 3, conforme pode ser visto no de diagrama de blocos da Figura 3, para que esta possa variar a amplitude da tensão elétrica de alimentação do elemento gerador de campo eletromagnético durante a aplicação dos pulsos de acionamento e provocar a movimentação seletiva do cursor entre as vias de entrada da válvula evitando o choque do cursor magnético 2 nas extremidades do corpo de válvula 1.In this sense, the voltage at the electrical terminals of the electromagnetic field generator element 3 (electric coil) can be represented mathematically by the following fundamental equation: [0040] In the fundamental equation above, the terms on the right of equality are respectively , the voltage drop due to electrical resistance, the voltage drop due to inductance and the voltage induced by the magnetic slider displacement, also called counter electromotive force (FCEM). By writing the counter electromotive force (FCEM) as a function of the other electrical variables of the electromagnetic field generator element 3 (electric coil), the following expression is obtained: [0041] By approximating the variable “L” by a constant value in this equation the FCEM of the electromagnetic field generator element 3 (electric coil) is determined, after all, the value of the electric current “i” is obtained through a sensor, the variation of the electric resistance “R” with the temperature can be neglected and The terminal voltage of coil “v” is imposed by the drive circuit. From equation (1), it is observed that the FCEM is the product between the cursor flow “K” and its displacement rate “x”. Since the flow “K” is constant along the course of the cursor, as seen from figure 2, and the FCEM was previously determined by equation (2), the position of the cursor is then determined by the following expression. : From the position of the magnetic cursor 2 the power supply feedback of the electromagnetic field generator 3 is realized, as can be seen in the block diagram of Figure 3, so that it can vary the voltage amplitude. power supply of the electromagnetic field generator element during the application of the drive pulses and cause selective movement of the slider between the valve inlets avoiding the shock of the magnetic slider 2 at the ends of the valve body 1.
[0043] Os blocos da Figura 3 são o controlador proporcional, integral e derivativo 41, o bloco de geração de pulsos 42, o barramento de tensão contínua (Vcc) 43, o conversor CC-AC 44, o gerador de referências 45, o estimador de posição do cursor magnético 46, no qual estão implementadas as equações 1, 2 e 3, e o elemento gerador de campo eletromagnético 3. Os blocos 43 e 44 representam os circuitos do sistema eletrônico que alimentam o gerador de campo eletromagnético 3 e os blocos 41, 42, 45 e 46 são os módulos do software implementados no microcontrolador do sistema eletrônico. O conversor CC-AC (ponte H) opera no modo meia ponte onde a razão cíclica RC definida pelo gerador de pulsos 42 e seu valor complementar 1-RC são aplicados conforme ilustrado na Figura 4. Para um valor de RC maior que 0,5 conforme ilustrado na Figura 5, o valor médio da corrente elétrica e, consequentemente, da tensão elétrica são positivos. Para um valor de RC menor que 0,5, o valor médio da corrente elétrica e, consequentemente, da tensão elétrica são negativos.The blocks of Figure 3 are the proportional integral and derivative controller 41, the pulse generation block 42, the DC voltage bus 43, the DC-AC converter 44, the reference generator 45, the magnetic cursor position estimator 46, in which equations 1, 2 and 3, and the electromagnetic field generator element 3 are implemented. Blocks 43 and 44 represent the electronic system circuits that feed the electromagnetic field generator 3 and the Blocks 41, 42, 45 and 46 are the software modules implemented in the electronics microcontroller. The DC-AC converter (H-bridge) operates in half-bridge mode where the cyclic ratio RC defined by pulse generator 42 and its complementary value 1-RC are applied as shown in Figure 4. For an RC value greater than 0.5 As illustrated in Figure 5, the average value of the electric current and, consequently, the electric voltage are positive. For an RC value of less than 0.5, the average value of the electric current and, consequently, the electric voltage are negative.
[0044] O controlador proporcional, integral e derivativo 41 tem a função de corrigir o erro entre a posição atual 4 do cursor e a posição de referência 4’ através da variação da razão cíclica dos pulsos gerados pelo bloco 42 que comandam as chaves do conversor 44, o qual tem a função de transformar a tensão contínua fornecida pelo barramento 43 em tensão alternada.The proportional, integral, and derivative controller 41 has the function of correcting the error between the current cursor position 4 and the reference position 4 'by varying the cyclic ratio of the pulses generated by block 42 which control the drive keys. 44, which has the function of transforming the continuous voltage supplied by bus 43 into alternating voltage.
[0045] Dessa maneira, a tensão aplicada no elemento gerador de campo eletromagnético 3 (bobina elétrica), é variada adequadamente para que seja atingida a posição de referência 4 determinada pelo bloco gerador de referência 45. A movimentação seletiva do cursor magnético é iniciada somente após a determinação da posição inicial feita pelo bloco 45, para que os tempos de vedação T5 e T6 sejam aplicados às respectivas vias de entrada.In this way, the voltage applied to the electromagnetic field generator element 3 (electric coil) is varied appropriately so that reference position 4 determined by reference generator block 45 is reached. Selective movement of the magnetic cursor is only initiated. after the initial position has been determined by block 45 so that sealing times T5 and T6 are applied to the respective inlets.
[0046] A movimentação seletiva inicia-se com o cursor magnético 2 posicionado em uma via de entrada pré-definida para garantir que os tempos de vedação sejam aplicados às suas respectivas vias de entrada. Por exemplo, para iniciar a movimentação seletiva do cursor magnético 2 na via 11 localizada na posição X1, conforme representado na Figura 6B, é aplicado a partir do bloco 45 o valor de referência X1’ na entrada de posição de referência 4’ do controlador de posição 41 durante um intervalo de tempo pré-estabelecido T1, como ilustrado na Figura 6A. Na entrada de posição atual 4 do controlador de posição 41 é aplicado o valor de posição calculado através do bloco estimador de posição 46. Como o cursor já se encontra posicionado, conforme exemplo ilustrado na Figura 6B, não há variação da razão cíclica RC aplicada pelo controlador de posição 41 no bloco de geração de pulsos 42, pois o cursor magnético 2 não se desloca.Selective movement begins with the magnetic slider 2 positioned on a predefined entryway to ensure that the sealing times are applied to their respective entryway. For example, to start selective movement of magnetic cursor 2 on track 11 located at position X1, as shown in Figure 6B, from block 45 the reference value X1 'is applied to the reference position input 4' of the controller. position 41 for a predetermined time interval T1, as illustrated in Figure 6A. At the current position input 4 of the position controller 41 the position value calculated by the position estimator block 46 is applied. As the cursor is already positioned, as shown in Figure 6B, there is no variation of the cyclic ratio RC applied by the position controller 41 in pulse generation block 42 as magnetic cursor 2 does not move.
[0047] Após o intervalo de tempo T2 referente ao tempo de vedação da via de entrada 11, é aplicado a partir do bloco 45 o valor de referência X2’ na entrada de posição de referência 4’ do controlador de posição 41 durante um intervalo de tempo T3, como ilustrado na Figura 6A. Conforme o cursor magnético desloca-se da via de entrada 11 para a via de entrada 12, o valor da razão cíclica RC aplicada no bloco gerador de pulsos 42 varia, como pode ser observado da Figura 6C, diminuindo o valor médio da corrente elétrica aplicada no gerador de campo eletromagnético 3. Dessa forma a força elétrica exercida sobre o gerador de campo eletromagnético 3 diminui, evitando o choque do cursor magnético 2 com a extremidade do corpo da válvula 1. Ao final do intervalo de tempo T3 o cursor encontra-se posicionado na via de entrada 12, conforme ilustrado na Figura 6B, mantendo esta via de entrada vedada até o final do intervalo de tempo T4. Decorrido o intervalo de tempo T4 referente ao tempo de vedação da via de entrada 12, é aplicado o valor de referência X1’ novamente pelo bloco 45 reiniciando a movimentação seletiva.After the time interval T2 with respect to the sealing time of the inlet 11, the reference value X2 'is applied from block 45 at the position controller 4' reference position input 4 'during a time interval. T3, as illustrated in Figure 6A. As the magnetic cursor moves from input path 11 to input path 12, the value of the cyclic ratio RC applied to the pulse generator block 42 varies, as can be seen from Figure 6C, decreasing the average value of the applied electrical current. in the electromagnetic field generator 3. Thus the electric force exerted on the electromagnetic field generator 3 decreases, avoiding the shock of the magnetic cursor 2 with the end of the valve body 1. At the end of the time interval T3 the cursor is positioned in the inlet 12 as shown in Figure 6B, keeping this inlet sealed until the end of time slot T4. After the time interval T4 with respect to the sealing time of the inlet path 12 has elapsed, the reference value X1 'is applied again by block 45 restarting the selective movement.
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