BR102014030057B1

BR102014030057B1 - Aparelho detector de impedância e método

Info

Publication number: BR102014030057B1
Application number: BR102014030057-0A
Authority: BR
Inventors: Russel J. Kerman; Ahmed Mohamed Sayed Ahmed; Brian J. Seibel; Shiv Gupta; Prathamesh Ramesh Vadhavkar
Original assignee: Rockwell Automation Technologies, Inc
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2021-10-26
Also published as: CN104698277B; CN104698277A; EP2881748B1; US20150153397A1; US9651592B2; EP2881748A1; BR102014030057A2

Abstract

método para determinar automaticamente uma impedância de um componente elétrico; sistema de detecção de impedância; e meio não transitório legível por computador com instruções executáveis por computador. métodos (2) e sistemas (30) de detecção de impedância são apresentados para computação automática de um componente elétrico valor de impedância ( zx_ real, zx_ imag) em uma ou mais frequências de interesse específicas (ômega base) utilizando valores de tensão e corrente de quadratura (vxalfa, vxbeta, ixalfa, ixbeta) gerados por filtros de rastreamento de quadratura (40), com base em sinais ou valores de tensão e corrente detectados ou medidos e uma entrada de frequência de base.

Description

HISTÓRICO

Acionamentos de motor e outros sistemas elétricos incluem uma variedade de componentes elétricos, como capacitores, indutores, resistores etc., geralmente empregados em circuitos de filtro. Por exemplo, retificadores de linha de frente ativos para acionamentos de motor e outros sistemas de conversão de energia geralmente incluem filtros LC ou LCL com componentes indutivos e capacitivos individuais. 0 desempenho desses filtros de entrada dependem, pelo menos parcialmente, da provisão de valor de impedância, de dispositivo projetado em que alterações e/ou desequilíbrio de impedância entre componentes correspondentes em sistemas de distribuição de energia de múltiplas fases pode levar a desempenho adverso, incluindo perda de eficiência, instabilidade, ruído aumentado etc. Além de acionamentos de motor e sistemas de conversão de energia, sistemas elétricos geralmente operam melhor quando valores de componente elétrico passivo estiverem em seus valores de impedância projetados adequadamente. Da mesma forma, o diagnóstico de questões de desempenho de sistema geralmente envolve a avaliação dos valores de impedância de diversos componentes elétricos. A medição de impedância manual é geralmente difícil e leva tempo, e técnicas de medição de impedância in situ anteriores sofrem de complexidade de computação, impedindo ou inibindo o exame minucioso de impedância do dispositivo automático em tempo real, enquanto o sistema geral estiver operando. Ademais, técnicas de medição convencionais podem ser incapazes de medir determinados valores de impedância de componente sob condições de operação da vida real, como impedância de indutor durante saturação. Além disso, é geralmente desejado obter valores de impedância correspondentes a diferentes frequências, e abordagens convencionais geralmente envolvem esforços de teste manual significativos e/ou sobrecarga computacional excessiva para análise de Fourier e similares. Da mesma forma, permanece uma necessidade por métodos e aparelho aprimorados para determinação da impedância de componentes elétricos.

SUMÁRIO

Um ou mais aspectos da presente revelação são, agora, resumidos para facilitar um entendimento básico da revelação, em que esse sumário não é uma visão geral completa da revelação e não é destinada nem a identificar determinados elementos da revelação nem a delinear seu escopo. Ao contrário, o objetivo principal desse sumário é apresentar diversos conceitos da revelação em uma forma simplificada antes da descrição mais detalhada que é apresentada doravante.

Aparelho e técnicas de detecção de impedância generalizadas são reveladas, pelas quais a impedância de qualquer componente elétrico passivo pode ser identificada precisamente em qualquer determinada frequência, utilizando a tensão aplicada e a corrente que flui através do componente. Os conceitos da presente revelação podem ser empregados em qualquer sistema elétrico, incluindo, entre outros, acionamentos de motor e conversores de energia, e podem ser implementados em qualquer sistema com base em processador, como em um acionamento de motor ou PLC ou outro dispositivo de controle industrial ou sistema hospedeiro supervisor para fins de diagnóstico e/ou controle.

Um ou mais aspectos da presente revelação envolvem métodos e sistemas para determinar automaticamente a impedância de um componente elétrico, em que valores de tensão de quadratura e valores de corrente de quadratura associados ao componente são obtidos em uma frequência de interesse, e um ou mais valores de impedância são computados na frequência de interesse, de acordo com os valores de tensão e corrente de quadratura utilizando um ou mais processadores. Os valores de quadratura podem ser obtidos em uma determinada frequência de interesse utilizando filtros de rastreamento de quadratura com entradas de frequência correspondentes, assim como entradas que recebem sinais ou valores que representam tensões e correntes medidas, estimadas e/ou observadas associadas ao componente de interesse. Um PLL ou outra fonte pode ser utilizado para prover uma entrada de frequência ajustável aos filtros de rastreamento para facilitar a medição de impedância de componente em múltiplas frequências de interesse. As diversas realizações podem ser utilizadas para avaliar impedâncias de bancos de capacitores ou indutores associados a sistemas de múltiplas fases, e podem envolver a conversão de um ou mais sinais de tensão ou corrente detectados para acomodar diversas conexões em linha, linha a linha e/ou de linha neutra de componentes e sensores. Aspectos adicionais da revelação provêem meios não transitórios legíveis por computador com instruções executáveis por computador para realização dos métodos de detecção de impedância revelados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A descrição e desenhos a seguir estabelecem determinadas implementações ilustrativas da revelação em detalhes, que são indicativas de diversas maneiras exemplares nas quais os diversos princípios da revelação podem ser realizados. Os exemplo ilustrados; entretanto, não são completos das muitas realizações possíveis da revelação. Outros objetivos, vantagens e aspectos inovadores da revelação serão estabelecidos na descrição detalhada a seguir, quando considerada em conjunto com os desenhos, nos quais: As Figuras IA e 1B proveem um fluxograma que ilustram um método exemplar para determinar um componente elétrico impedância, de acordo com um ou mias aspectos da presente revelação; A Figura 2 é um diagrama esquemático que ilustra um sistema de detecção de impedância implementado por processador exemplar que recebe entradas de quadratura de filtros de rastreamento e que provê valores de saída de impedância reais e imaginários de acordo com aspectos adicionais da revelação; A Figura 3 é um diagrama esquemático que ilustra outra realização de sistema de detecção de impedância com um processador que implementa filtros de rastreamento de quadratura e aspectos de computação de impedância para prover valores de saída de impedância; A Figura 4 é um diagrama esquemático que ilustra um sistema de conversão de energia de acionamento de motor exemplar que implementa um sistema de detecção de impedância de acordo com a presente revelação em um controlador de acionamento de motor, assim como uma implementação alternativa em um controlador de lógica programável conectado; A Figura 5 é um diagrama esquemático que ilustra outra realização de sistema de detecção de impedância exemplar, de acordo com a presente revelação

DESCRIÇÃO DETALHADA

Referindo-se, agora, às figuras, diversas realizações ou implementações são doravante descritas em conexão com os desenhos, em que números de referência semelhantes são utilizados para se referir a elementos semelhantes completamente, e em que os diversos aspectos não são necessariamente desenhados em escala.

Referindo-se, inicialmente, às Figuras IA, 1B e 2, um processo 2 exemplar é ilustrado nas Figuras IA e 1B para determinar automaticamente a impedância de um ou mais componentes elétricos, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação. Embora o método 2 exemplar seja retratado e descrito na forma de uma série de ações ou eventos, os métodos da revelação não são limitados pela ordem ilustrada dessas ações ou eventos, exceto conforme estabelecido especificamente aqui. Exceto conforme doravante provido especificamente, algumas ações ou eventos podem ocorrer em ordens diferentes e/ou simultaneamente a outras ações ou eventos além dos ilustrados e descritos aqui, e nem todas as etapas ilustradas podem ser necessárias para implementar um processo ou método, de acordo com a presente revelação. Os métodos ilustrados podem ser implementados em hardware, software executado por processador ou combinações destes, a fim de prover estimativa de valor de impedância automática, conforme descrito aqui, e diversas realizações ou implementações incluem meios não transitórios legíveis por computador tendo instruções executáveis por computador para realizar os métodos ilustrados e descritos. Por exemplo, o método 2 pode ser implementado por um microprocessador 32 de um sistema de detecção de impedância 30 ilustrado na Figura 2 utilizando instruções de programa para computação de impedância 36 e diversos dados 38 armazenados em uma memória eletrônica 34 com base em entradas de filtros de rastreamento de quadratura 40 para prover valores de estimativa de impedância 50a e 50b, embora o método 2 possa ser implementado em outros sistemas, incluindo, entre outros, os ilustrados e descritos aqui.

O processo 2 das Figuras IA e 1B geralmente provêem a obtenção de valores de tensão de quadratura em 10 (Figura IA) para tensões e correntes associadas ao componente elétrico de interesse, assim como a computação de pelo menos um valor de impedância em 20 (Figura 1B) . O sistema de detecção de impedância 30 da FIGURA 2 inclui um microprocessador 32 programado com instruções de computação de impedância 36 armazenadas em uma memória eletrônica 34 para realizar a computação dos valores de impedância em 20 na Figura 1B. 0 sistema de detecção de impedância 3 0 pode ser implementado como qualquer sistema de único ou de múltiplos processadores, lógica programável ou outros circuitos ou combinações destes, e podem incluir uma memória eletrônica 30 ou outro meio não transitório legível por computador para armazenar instruções executáveis por computador para realizar a funcionalidade de detecção de impedância estabelecida aqui. O sistema 30, ademais, pode ser integrado em um sistema elétrico, como acionamento de motor 110 ou controlador de lógica programável (PLC) 170 ou outro dispositivo de controle industrial, em determinadas realizações não limitantes, conforme ilustradas e descritas abaixo em conexão com a Figura 4.

No exemplo da Figura 2, o sistema de detecção de impedância 3 0 recebe valores de tensão de quadratura Vaot e Vaβ de um primeiro filtro de rastreamento de quadratura 40, assim como valores de corrente de quadratura laot e laβ de outro filtro de rastreamento de quadratura 40, em que os valores de corrente e tensão de quadratura são associados a um componente elétrico de interesse e são associados a uma frequência de base específica ou frequência de interesse 49 (Obase) • Nessa implementação, os filtros de rastreamento de quadratura 40 recebem sinais ou valores de tensão e corrente detectados correspondentes 46a (Va) e 48a (Ia) associados ao componente elétrico de interesse, em que os sinais ou valores 46 e 48 podem ser recebidos de qualquer sensor, estimador, observador adequado, ou similares. Por exemplo, no caso de um indutor ou capacitor de um circuito de filtro de entrada de linha de frente ativo, diversas tensões e correntes podem ser detectadas em determinadas localizações no circuito de filtro, e estes podem ser processados opcionalmente para gerar sinais ou valores 46, 48 que representam a tensão ao longo do indutor ou capacitor de interesse, assim como a corrente que flui através desse componente. O primeiro filtro de rastreamento de quadratura 40, nesse caso, gera os valores de tensão de quadratura Vaα e Vaβ, de acordo com o valor ou sinal de tensão detectado Va 46a e, também, de acordo com o sinal ou valor de frequência 4 9 (obase) . De maneira semelhante, o segundo filtro de rastreamento de quadratura 40 na Figura 2 gera os valores de corrente de quadratura laot e laβ, de acordo com o sinal ou valor de corrente detectado Ia 48a e de acordo com o sinal ou valor de frequência 49. Os valores de tensão de quadratura (por exemplo, Vxα e Vxβ) providos pelo primeiro filtro de rastreamento de quadratura 4 0 representam valores trocados de fase em 90° que representam a tensão detectada 4 6a na frequência de base wtase e, de maneira semelhante, os valores de corrente de quadratura laot e laβ representam o sinal ou valor de corrente detectado 48a e são trocados de fase em 90° em relação ao outro.

Outros filtros de rastreamento de quadratura 40 adequados podem ser utilizados de acordo com a presente revelação, cujos exemplos não limitantes são ilustrados e descritos na publicação de pedido de Patente Norte-Americana número 2013/0120038 Al para Kerkman et al. , publicado em 16 de maior de 2013, e atribuído ao requerente do presente pedido, cuja integridade é aqui incorporada por referência. Conforme visto na Figura 2, ademais, o sinal de frequência de base 49 pode ser provido por qualquer fonte adequada, incluindo um valor digital que representa a frequência de base 49 provida pelo sistema de detecção de impedância 30 e/ou outro componente de um sistema maior, como controlador de acionamento de motor, um PLC, servidor de rede etc., ou um sinal de frequência de base análogo 49, pode ser provido por qualquer fonte adequada incluindo o sistema de detecção de impedância 30, um circuito de loop fechado por fase (PLL) (por exemplo, apresentado nas Figuras 5 e 6 abaixo), ou outra fonte adequada. Isso, por sua vez, permite a estimativa seletiva da impedância de componente elétrico, em uma ou mais frequências de interesse, e pode facilitar a avaliação de componentes elétricos por equipe de manutenção e/ou por componentes de diagnóstico implementados em um sistema de conversão de energia, sistema de controle industrial distribuído ou outro sistema hospedeiro.

Conforme apresentado adicionalmente na Figura 3, ademais, outras realizações do sistema de detecção de impedância 30 pode fazer interface diretamente com sensores, estimadores e/ou observadores 44 para receber diretamente os sinais e/ou valores 46 e 48, respectivamente, que representam a tensão ao longo e a corrente através de um componente elétrico particular 42. Nessa realização não limitante, o processador 32 do sistema de detecção de impedância 30 implementa os filtros de rastreamento de quadratura 40, por exemplo, utilizando instruções executáveis por computador armazenadas na memória eletrônica 34 para implementação pelo processador 32 para determinar os valores de tensão de quadratura Vaα, Vaβ e os valores de corrente de quadratura laα, laβ, de acordo com os respectivos sinais ou valores de entrada 46, 48 e o sinal ou valor 49 que representa a frequência de interesse obaSe ■ Conforme estabelecido na publicação de pedido de Patente Norte-Americana número 2013/0120038 Al, aqui incorporada por referência, ademais, diversas implementações podem empregar filtro de rastreamento de uma única entrada, múltiplas saídas 40, ou um ou mais filtros de rastreamento de múltiplas entradas, múltiplas saídas 40 podem ser utilizados, seja implementados separadamente do sistema de detecção de impedância 30 (por exemplo, Figura 2), ou integrados nele (Figura 3).

Retornando para a Figura IA, a implementação ilustrada do processo 2 inclui os filtros de rastreamento de quadratura 40, respectivamente, obtendo o valor de tensão detectada 46a e o valor de corrente detectada 48a associada ao componente elétrico 42 de uma fonte adequada em 12, como um ou mais sensores, estimadores e/ou observadores 44. Em 13, na Figura IA, ademais, um ou mais dos valores de tensão e corrente detectadas associados ao componente de interesse 42 podem ser opcionalmente convertidos, por exemplo, para implementar conversão entre valores de tensão de linha a linha medidos e valores de tensão de linha neutra (por exemplo, vide Figura 5 abaixo). Em 14, na Figura IA, um sinal de frequência 49 (por exemplo, obaSe) é provido, que indica uma frequência de interesse particular. Em 16, os valores de tensão de quadratura Vaα e Vaβ são gerados de acordo com pelo menos um valor ou sinal de tensão detectado Va associado ao componente elétrico 42 e de acordo com o sinal ou valor de frequência Ubase utilizando um primeiro filtro de rastreamento de quadratura 40. De maneira semelhante, em 18, os valores de corrente de quadratura laα e laβ são gerados de acordo com pelo menos um sinal ou valor de corrente detectado Ia associado ao componente elétrico 42 e de acordo com o sinal ou valor de frequência otase 49.

Uma realização do valor de computação de impedância 2 0 é ilustrada na Figura 1B, que pode ser implementada pelo processador 32 do sistema de detecção 30 que executa instruções do componente de computação de impedância 36 armazenado na memória 34. Nesse exemplo, o processador 32 computa um ou mais valores de impedância 50 em 20 (como um componente real 50a (Za_reai) e/ ou um componente imaginário 50b (Za_imag) associado ao componente elétrico 42 na frequência de base ObaSe de acordo com os valores de tensão e corrente de quadratura Vaα, Vaβ, laα e laβ. Em 21, na Figura IB, o processador 32 computa um valor de magnitude de tensão Vmag como uma raiz quadrada de uma soma dos quadrados dos valores de tensão de quadratura Vaα e Vaβ e computa um ângulo de vetor de tensão θ em 22, com base em um dos valores de tensão de quadratura Vaα, Vaβ e o valor de magnitude de tensão (Vmag como θ = cos'1 (Vaα/Vmag) ou θ = sin"1 (Vaβ/Vmag) ) . Um valor de magnitude de corrente imag é computado em 23 como uma raiz quadrada de uma soma dos quadrados dos valores de corrente de quadratura laα, laβ e valores de componente de corrente de eixo d e eixo q estimados 1% e Ieq são computados em 24, com base nos valores de corrente de quadratura laα, laβ e um ângulo de vetor de tensão θ, utilizando a seguinte fórmula:

Em 25, na Figura 1B, um ângulo de impedância estimado δ é computado, de acordo com os valores de componente de corrente de eixo d e eixo q estimados 1% e Ieq como δ = tan"1 (Ied/Ieq) e os valores de impedância real e imaginário 50a (Zareai) e 50b (Za_imag) são computados em 26 e 27, de acordo com as magnitudes de tensão e corrente Vmag, Imag e o ângulo δ utilizando as seguintes fórmulas: Zx_reai = (Vmag/lmag) cos(δ); e Zx_imag = (Vmag/lmag) sin(δ) .

O processo 2 pode ser repetido para um ou mais componentes elétricos adicionais em um determinado sistema, e/ou o sinal ou valor de frequência de base 49 (obase) pode ser ajustado uma ou mais vezes, a fim de estimar a(s) impedância(s) de componente em diferentes frequências de interesse. Por exemplo, um componente de controle supervisor pode ajustar seletivamente o sinal ou valor de frequência 49 provido aos filtros de rastreamento de quadratura 40, com o processador 32 executando o componente de computação de impedância 36, novamente, para obter um conjunto diferente de valores de impedância reais e imaginários específicos por frequência 50a e 50b para diversas frequências de interesse. Isso, por sua vez, permite o diagnóstico da saúde relativa de um determinado componente elétrico 42 de interesse. Ademais, o sistema 30 e o processo 2 pode ser utilizado para determinar a impedância 50 de múltiplos componentes de um determinado sistema, em uma ou mais frequências de interesse, a fim de permitir comparação de múltiplos componentes elétricos.42.

Referindo-se, também, às Figuras 4 e 5, por exemplo, pode ser desejável determinar valores de indutância associados a múltiplos indutores de um circuito de filtro de entrada de linha frontal ativo 120 em um acionamento de motor 110 ou outro sistema de conversão de energia, a fim de avaliar condições de desequilíbrio, em que os indutores L associados a diferentes fases de energia têm idealmente os mesmos valores de indutância ou semelhantes em uma ou mais frequências de interesse. A Figura 4 ilustra um acionamento de motor 110 exemplar que recebe acionamento de entrada elétrica trifásico de uma fonte de energia 102 por meio de terminais de entrada 104 conectados em um filtro de entrada 120. 0 acionamento de motor 110, nesse exemplo, inclui um retificador de linha frontal ativo (AFE) 130 com dispositivos de alternação S1-S6 operados de acordo com sinais de controle de alternação 162a de um componente de controle de alternação de retificador 162 de um controlador de acionamento de motor 160 para converter energia de CA recebida por meio do filtro de entrada 12 0 em energia de CC para prover uma tensão de barramento de CC Vdc por um capacitor Cdc de um circuito de barramento de CC intermediário 140. A tensão de barramento de CC é provida como uma entrada a um inversor 150 tendo dispositivos de alternação S7-S12 operados de acordo com sinais de controle de alternação de inversor 166a de um componente de alternação de inversor 166 do controlador 160. Em operação, o inversor 150 converte energia de entrada de CC para criar sinais de saída de CA de amplitude variável e frequência variável para acionar uma carga de motor 106 conectada conforme apresentado.

No exemplo da Figura 4, um filtro LCL 120 é conectado entre os terminais de entrada de CA de acionamento de motor 104 e os terminais de entrada do retificador 130, e inclui uma configuração para cada uma das três fases de entrada A, B, e C. Nesse exemplo particular, indutores de 3% LAI, LB1 e LC1 são conectados individualmente entre os nós intermediários de filtro correspondentes e as entradas do retificador 130. Nessa configuração, ademais, o filtro 120 também inclui capacitores de filtro CA, CB, e CC conectados individualmente entre um correspondente dos nós de filtro intermediários e uma conexão de ponto neutro comum, que pode, mas não precisa ser conectada a um sistema de energia neutro ou terra. Nesse aspecto, o primeiro conjunto de indutores LAI, LB1, e LC1 é tipicamente de valores de indutância idênticos, conforme é o segundo conjunto de indutores LA2, LB2 e LC2. Da mesma forma, os capacitores CA, CB, e CC do circuito de filtro 120 são preferencialmente dos mesmos valores de capacitância. Ademais, desequilíbrio nos valores de indutância dos indutores de filtro e/ou desequilíbrios nos valores de capacitância dos capacitores de filtro podem levar à operação ineficiente ou indesejável do acionamento de motor 110.

Conforme visto na Figura 4, o sistema de detecção de impedância 30 pode ser implementado utilizando um processador e memória eletrônica associada do controlador de acionamento de motor 160, em que o controlador 160 pode incluir um ou mais processadores e memória associada. Nesse caso, o controlador 160 também implementa as funções de controle de alternação de retificador e inversor, de acordo com princípios de controle de alternação conhecidos. Além disso, o controlador 160 recebe sinais ou valores de feedback de tensão 46, assim como sinais ou valores de feedback de corrente 48 de sensores do circuito de filtro 120. Os sinais ou valores de feedback 46, 48 podem ser utilizados no processamento de detecção de impedância revelado, assim como para diversas funções de controle de motor na operação de retificador frontal ativo 130 e/ou o inversor 150 para acionar a carga de motor 160, de acordo com uma velocidade torque desejado e/ou outros valores de ponto de ajuste e/ou para operar o acionamento 110 durante condições regenerativas. O valor ou valores de impedância 50 providos pelo sistema de detecção de impedância 30 podem ser utilizados para qualquer objetivo de controle adequado e/ou objetivos diagnósticos na operação do acionamento de motor 110. Determinas implementações podem envolver a detecção automática dos valores de impedância do indutor de filtro e componentes de capacitor, individualmente ou em grupos, e o controlador 160 pode implementar diversas funcionalidade de diagnóstico, como a provisão de um ou mais sinais ou valores de frequência de base 49 ao sistema de detecção de impedância 30, obtenção de valores de impedância correspondentes 50 em valores de frequência correspondentes 49, e comparação da(s) impedância(s) estimada(s) 50 com um ou mais valores ou variações limite, e emissão de uma mensagem de diagnóstico aos componentes de controle supervisor conectados de um sistema de controle distribuído para iniciar ação remediadora e/ou para modificar ou descontinuar a operação do acionamento de motor 110. Por exemplo, análise comparativa pelo sistema 30 pode indicar impedâncias reais dos indutores do filtro 120, assim como desequilíbrio entre esses componentes ao analisar os indutores de diferentes fases do acionamento de motor. Ademais, o sistema de detecção de impedância e as técnicas descritas acima podem ser utilizadas para detectar saturação de indutor durante condições de sobrecarga. Ademais, a técnica pode ser ajustada ao alterar a entrada do sinal de frequência de base 49 para estimar uma ou mais impedâncias de sistema em uma frequência selecionada ou em múltiplas frequências. Assim, o sistema 30 pode ser utilizado em acionamentos de motor 110, assim como em qualquer aplicação na qual a detecção de impedância em tempo real é útil.

Conforme visto na Figura 4, por exemplo, o acionamento de motor 110 e seu controlador 160 podem ser conectados por conexões de comunicação adequadas a diversos outros dispositivos de controle industriais, possivelmente pode meio de uma rede, incluindo conexões de comunicação a um controlador de lógica programável (PLC) 170 ou outro processador de controle industrial. Essas comunicações podem incluir a mensagem de relato de diagnóstico mencionada acima indicando os valores de impedância estimados 50 em valores de frequência correspondentes 49, assim como mensagem indicando um componente eletrônico específico 42 (por exemplo, indutor e/ou capacitor do circuito de filtro 120) que tem um valor de impedância 50 fora de uma variação esperada ou desejada.

Outras realizações são possíveis, conforme visto na Figura 4, em que o PLC 170 ou outro dispositivo de controle industrial conectado de maneira operacional ao acionamento de motor 110 implementa um sistema de detecção de impedância local 30 utilizando um processador correspondente 172 e memória eletrônica 174, a fim de prover valores de impedância estimados 50, conforme descrito acima. Em uma implementação possível, o controlador 160 do acionamento de motor 110 pode enviar valores de tensão e corrente medidos, estimados ou observados ao PLC 170 para uso pelo sistema de detecção de impedância 130 no PLC 170. Nesse caso, por exemplo, o sistema de detecção de impedância 3 0 no PLC 170 pode implementar filtros de rastreamento de quadratura 40 por meio do processador 172 (por exemplo, conforme visto na Figura 3 acima). Em outras implementações variantes, um ou mais filtros de rastreamento de quadratura 40 podem ser implementados dentro do acionamento de motor 110 (seja como componentes ou sistemas separados, ou como parte do controlador 160), com o controlador 160 relatando os valores de tensão e/ou corrente de quadratura Vxα, Vxβ e/ ou Ixa, Ixβ (e, possivelmente, a frequência correspondente 49) ao sistema de detecção de impedância 30 implementado no PLC 170.

Conforme visto adicionalmente nas Figuras 5 e 6, ademais, componentes elétricos 42 associados a múltiplas fases de energia podem ser processados juntamente para fins de detecção de impedância, utilizando os conceitos descritos acima. Nos exemplos ilustrados, um ou mais sensores, estimadores e/ou observadores 44 são conectados de maneira operacional aos componentes de interesse, por exemplo, provendo os sinais 46 e 48 correspondentes às tensões e/ou correntes detectadas do filtro de LCL 120 direta ou indiretamente como entradas a um ou mais filtros de rastreamento de quadratura 40 para geração de valores de tensão e corrente de quadratura associados a cada um dos componentes de interesse.

Um componente de conversão 39 é provido na Figura 5, a fim de converter sinais ou valores de tensão linha a linha Vab, Vbc e Vca em tensões de linha neutra (ou de linha aterrada) 46a (Va) , 46b (Vb) e 46c (Vc) , que são, então, providas a filtros de rastreamento de quadratura de tensão 40. Nesse caso, os sensores de corrente para as fases de energia correspondentes A, B e C na Figura 4 podem prover diretamente sinais ou valores de corrente de indutor 48a, 48b e 48c a um conjunto de três filtros de rastreamento de quadratura de corrente 40 e apresentado na Figura 5 (por exemplo, sem componentes de conversão intermediários). Dessa maneira, diversas conversões podem ser realizadas, a fim de prover sinais ou valores de entrada aos filtros de rastreamento 40 correspondentes à tensão ao longo de um componente elétrico particular 42 de interesse, assim como a corrente que flui através do componente de interesse para a geração de valores de quadratura correspondentes. Além disso, nesse exemplo, um circuito ou sistema de PLL 52 avalia a frequência de energia de entrada de CA fundamental (por exemplo, por meio de conexão aos sinais ou valores de tensão detectados 46) , e provê um sinal ou valor de saída 49 aos filtros de rastreamento de quadratura 40 para representar a frequência de base Gobase para uso na geração dos valores de quadratura. A Figura 6 ilustra uma realização alternativa na qual os sensores, estimadores, observadores 44 provêem diretamente tensões de linha neutra ou de linha aterrada 46a (Va) , 46b (Vb) e 46c (Vc) aos filtros de rastreamento de quadratura de tensão 40. Ademais, um sinal multiplicador pode ser provido como uma entrada ao circuito de PLL 52, conforme apresentado nas Figuras 5 e 6, como um número inteiro e valores 1, 2, 3 etc., com o que os valores de impedância de componente 50 são gerados em diversas harmônicas da frequência fundamental.

Em algumas realizações, os filtros de rastreamento de quadratura 40 podem ser substituídos por um gerador de sinal de quadratura utilizando um transformador adequado, como um transformador Hilbert ou um bloco de atraso de transporte para troca em 90° da fase do sinal ou valor de tensão ou corrente provido como uma entrada para gerar as saídas de tensão ou corrente de quadratura para uso nas computações de impedância descritas acima. Os filtros de rastreamento 40 ou outros circuitos de geração de sinal de quadratura adequados podem gerar os valores de quadratura Vaα, Vaβ, laα e laβ utilizando qualquer algoritmo adequado que pode produzir um par de quadraturas de valores. Além disso, os filtros de rastreamento de quadratura 40 podem gerar os valores de quadratura de uma entrada de tensão ou corrente de única fase ou de uma entrada de tensão ou corrente de n fases (qualquer número de fases), com ou sem componentes de conversão de intervenção 39, conforme necessário para avaliar os valores de impedância de um determinado componente elétrico 42 de interesse. Em determinadas realizações, os filtros de rastreamento de quadratura 40 podem armazenar individualmente ou, de outra forma, implementar algoritmos para realizar rastreamento de quadratura de única entrada, múltiplas saídas ou algoritmos para realizar rastreamento de quadratura de múltiplas entradas, múltiplas saídas, dependendo das entradas recebidas. Em algumas realizações, os filtros de rastreamento de quadratura 40 podem incluir componentes de processamento para determinar os algoritmos adequados para aplicar nas medições ou estimativas recebidas 46, 48, e/ou os filtros de rastreamento de quadratura 40 podem incluir ou, de outra forma, implementar componentes de processamento para aplicação de todos os algoritmos nas entradas recebidas 46,48.

Os exemplos acima são meramente ilustrativos das diversas realizações possíveis de diversos aspectos da presente revelação, em que alterações e/ou modificações equivalentes ocorrerão aos técnicos no assunto mediante a leitura e entendimento dessa especificação e dos desenhos anexos. Em relação particular às diversas funções realizadas pelos componentes descritos acima (conjuntos, dispositivos, sistemas, circuitos e similares), os termos (incluindo uma referência a um "meio") utilizados para descrever esses componentes são destinados a corresponder, a menos que de outra forma indicados, a qualquer componente, como hardware, software executado por processador ou combinações destes, que realiza a função especificada do componente descrito (isto é, que seja funcionalmente equivalente), embora não estruturalmente equivalentes à estrutura revelada que realiza a função nas implementações ilustradas da revelação. Além disso, embora um aspecto particular da revelação possa ter sido revelado em relação a somente uma das diversas implementações, esse aspecto pode ser combinado a um ou mais outros aspectos das outras implementações, conforme pode ser desejado e vantajoso para qualquer aplicação determinada ou em particular. Também, na medida em que os termos "incluindo", "inclui", "tendo", "tem", "com", ou variantes destes são utilizados na descrição detalhada e/ou nas reivindicações, esses termos são destinados a serem inclusivos de maneira semelhante ao termo "compreendendo".

Claims

1. MÉTODO (2) PARA DETERMINAR AUTOMATICAMENTE UMA IMPEDÂNCIA (Zx_real, Zx_imag) DE UMA PLURALIDADE DE COMPONENTES ELÉTRICOS (42) associados a múltiplas fases de energia, o método (2) compreendendo: obtenção (10) de valores de tensão de quadratura (Vxα, Vxβ) e valores de corrente de quadratura (Ixα, Ixβ) associados a um componente elétrico (42) em uma frequência de interesse ( Wbase) ; utilizando pelo menos um processador (32, 172), computação (20) de pelo menos um valor de impedância (Zx_real, Zx_imag) do componente elétrico (42) na frequência de interesse (wbase) com base nos valores de tensão e corrente de quadratura (Vxα, Vxβ, Ixα, Ixβ), caracterizado por computar (10) o pelo menos um valor de impedância (Zx_real, Zx_imag) do componente elétrico (42) na frequência de interesse ( Wbase ) compreende: utilização do pelo menos um processador (32, 172), computação (21) de valores de magnitude de tensão (Vmag) como uma raiz quadrada de uma soma dos quadrados dos valores de tensão de quadratura (Vxα, Vxβ); utilizar o pelo menos um processador (32, 172), computação (22) do ângulo de vetor de tensão (θ) com base em um dos valores de tensão de quadratura (Vxα, Vxβ) e o valor de magnitude de tensão (Vmag); utilizar o pelo menos um processador (32, 172), computação (23) de um valor de magnitude de corrente (Imag) como uma raiz quadrada de uma soma dos quadrados dos valores de corrente de quadratura (Ixα, Ixβ); utilização do pelo menos um processador (32, 172), computação (24) de valores de componente de corrente de eixo d e eixo q estimados (Ied, Ieq) pelo menos parcialmente de acordo com os valores de corrente de quadratura (Ixα, Ixβ) e um ângulo de vetor de tensão (θ); utilização do pelo menos um processador (32, 172), computação (25) de um ângulo de impedância estimado (δ) pelo menos parcialmente de acordo com os valores de componente de corrente de eixo d e eixo q estimados (Ied, Ieq); e utilização do pelo menos um processador (32, 172), computação (26, 27) do pelo menos um valor de impedância (Zx_real, Zx_imag) do componente elétrico (42) pelo menos parcialmente de acordo com magnitudes (Vmag, Imag) dos valores de tensão e corrente de quadratura (Vxα, Vxβ, Ixα, Ixβ) e o ângulo de impedância estimado (δ).

2. MÉTODO (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela obtenção (10) dos valores de tensão de quadratura (Vxα, Vxβ) e valores de corrente de quadratura (Ixα, Ixβ) compreender: geração (16) dos valores de tensão de quadratura (Vxα, Vxβ), de acordo com pelo menos um valor ou sinal de tensão detectado (Vx) associado ao componente elétrico (42) e de acordo com um sinal ou valor que representa a frequência de interesse (wbase) utilizando um primeiro filtro de rastreamento de quadratura (40); e geração (18) dos valores de corrente de quadratura (Ixα, Ixβ), de acordo com pelo menos um sinal ou valor de corrente detectado (Ix) associado ao componente elétrico (42) e de acordo com o sinal ou valor que representa a frequência de interesse (wbase) utilizando um segundo filtro de rastreamento de quadratura (40).

3. MÉTODO (2), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender ainda a provisão do sinal ou valor que representa a frequência de interesse (wbase) utilizando um loop fechado por fase (52); e/ou ajuste do sinal ou valor que representa a frequência de interesse ( Wbase) .

4. MÉTODO (2), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender: conversão (13) de pelo menos um dentre o valor ou sinal de tensão detectado (Vx) e o sinal ou valor de corrente detectado (Ix) associado ao componente elétrico (42); e geração (18) dos valores de corrente de quadratura correspondentes (Vxα, Vxβ, Ixα, Ixβ), de acordo com o sinal ou valor de tensão ou corrente convertido.

5. MÉTODO (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda: utilizar o pelo menos um processador (32, 172), computação dos valores de componente de corrente de eixo d e eixo q estimados (Ied, Ieq), de acordo com a seguinte fórmula:

em que Ied é o valor de componente de corrente eixo d estimado, Ieq é o valor de componente de corrente de eixo q estimado, Ixα e Ixβ são os valores de corrente de quadratura, e θ é o ângulo de vetor de tensão.

6. MÉTODO (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender ainda o ajuste da frequência de interesse ( Wbase) .

7. SISTEMA DE DETECÇÃO DE IMPEDÂNCIA (30), para determinar uma impedância (Zx_real, Zx_imag) de uma pluralidade de componentes elétricos (42) associados a múltiplas fases de energia, compreendendo: uma memória eletrônica (34, 174); e pelo menos um processador (32, 172) acoplado de maneira operacional à memória eletrônica (34) e programado para computar (20) pelo menos um valor de impedância (Zx_real, Zx_imag) do componente elétrico (42) em uma frequência de interesse (wbase) com base em valores de tensão de quadratura (Vxα, Vxβ) e valores de corrente de quadratura (Ixα, Ixβ) associados ao componente elétrico (42) na frequência de interesse ( Wbase) ; caracterizado por o pelo menos um processador (32, 172) ser programado adicionalmente para: computar (21) um valor de magnitude de tensão (Vmag) como uma raiz quadrada de uma soma dos quadrados dos valores de tensão de quadratura (Vxα, Vxβ); computar (22) o ângulo de vetor de tensão (θ) com base em um dos valores de tensão de quadratura (Vxα, Vxβ) e o valor de magnitude de tensão (Vmag); computar (23) um valor de magnitude de corrente (Imag) como uma raiz quadrada de uma soma dos quadrados dos valores de corrente de quadratura (Ixα, Ixβ); computar (24) valores de componente de corrente de eixo d e eixo q estimados (Ied, Ieq) pelo menos parcialmente de acordo com os valores de corrente de quadratura (Ixα, Ixβ) e um ângulo de vetor de tensão (θ); computar (25) um ângulo de impedância estimado (δ) pelo menos parcialmente de acordo com os valores de componente de corrente de eixo d e eixo q estimados (Ied, Ieq); e computar (26, 27) o pelo menos um valor de impedância (Zx_real, Zx_imag) do componente elétrico (42) pelo menos parcialmente de acordo com magnitudes (Vmag, Imag) dos valores de tensão e corrente de quadratura (Vxα, Vxβ, Ixα, Ixβ) e o ângulo de impedância estimado (δ).

8. SISTEMA DE DETECÇÃO DE IMPEDÂNCIA (30), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender: um primeiro filtro de rastreamento de quadratura (40) operacional para gerar (16) os valores de tensão de quadratura (Vxα, Vxβ), de acordo com pelo menos um valor ou sinal de tensão detectado (Vx) associado ao componente elétrico (42) e de acordo com um sinal ou valor que representa a frequência de interesse ( CObase) ; um segundo filtro de rastreamento de quadratura (40) operacional para gerar (18) os valores de corrente de quadratura (Ixα, Ixβ), de acordo com pelo menos um sinal ou valor de corrente detectado (Ix) associado ao componente elétrico (42) e de acordo com o sinal ou valor que representa a frequência de interesse ( Obase), e um loop fechado por fase (52) operacional para gerar o sinal ou valor que representa a frequência de interesse ( Obase).

9. SISTEMA DE DETECÇÃO DE IMPEDÂNCIA (30), de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado por pelo menos um processador (32, 172) ser integrado em um acionamento de motor (110) ou um dispositivo de controle industrial (170).

10. MEIO NÃO TRANSITÓRIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR (34, 174) COM INSTRUÇÕES EXECUTÁVEIS POR COMPUTADOR, quando executado por um computador, fazer com que o computador determine uma impedância (Zx_real, Zx_imag) de uma pluralidade de componentes elétricos (42) associados a múltiplas fases de energia ao realizar as etapas de: receber (10) valores de tensão de quadratura (Vxα, Vxβ) e valores de corrente de quadratura (Ixα, Ixβ) associados a um componente elétrico (42) em uma frequência de interesse ( CObase) ; e computar (20) pelo menos um valor de impedância (Zx_real, Zx_imag) do componente elétrico (42) na frequência de interesse (Obase) com base nos valores de tensão e corrente de quadratura (Vxα, Vxβ, Ixα, Ixβ), caracterizado por computar (20) pelo menos um valor de impedância (Zx_real, Zx_imag) do componente elétrico (42) na frequência de interesse ( Obase ) compreende: computar (21) um valor de magnitude de tensão (Vmag) como uma raiz quadrada de uma soma dos quadrados dos valores de tensão de quadratura (Vxα, Vxβ); computar (22) o ângulo de vetor de tensão (θ) com base em um dos valores de tensão de quadratura (Vxα, Vxβ) e o valor de magnitude de tensão (Vmag); computar (23) um valor de magnitude de corrente (Imag) como uma raiz quadrada de uma soma dos quadrados dos valores de corrente de quadratura (Ixα, Ixβ); computar (24) valores de componente de corrente de eixo d e eixo q estimados (Ied, Ieq) pelo menos parcialmente de acordo com os valores de corrente de quadratura (Ixα, Ixβ) e um ângulo de vetor de tensão (θ); computar (25) um ângulo de impedância estimado (δ) pelo menos parcialmente de acordo com os valores de componente de corrente de eixo d e eixo q estimados (Ied, Ieq); e computar (26, 27) o pelo menos um valor de impedância (Zx_real, Zx_imag) do componente elétrico (42) pelo menos parcialmente de acordo com magnitudes (Vmag, Imag) dos valores de tensão e corrente de quadratura (Vxα, Vxβ, Ixα, Ixβ) e o ângulo de impedância estimado (δ).