BRPI0822952B1

BRPI0822952B1 - atuador de válvula, sistema para atuar uma válvula, método de operação de um atuador de válvula e método de atuação de um atuador de válvula eletricamente acionado

Info

Publication number: BRPI0822952B1
Application number: BRPI0822952-0A
Authority: BR
Inventors: William T. Dolenti; Daniel J. Morris
Original assignee: Flowserve Management Company
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2021-03-09
Also published as: KR101496604B1; KR20130081725A; JP5666439B2; EP2354609B1; CN102099607A; WO2010008398A1; KR101356308B1; CA2730371C; CN102099607B; EP2354609A2; KR20110031467A; CA2730371A1; MX346650B; EP2313674A1; HUE050021T2; EP2313674A4; BRPI0822952A2; MX359908B; JP2011528771A; MX2011000290A

Abstract

ATUADOR DE VELOCIDADE VARIÁVEL. A presente invenção refere-se a um atuador de válvula que inclui um motor elétrico com um controlador de motor de estado sólido capaz de operar um motor em velocidades variá-veis e um conjunto de engrenagens que fornece frenagem inerente. A velocidade e torque do atuador de válvula podem ser selecionados. A velocidade e torque experimentados por uma válvula podem ser variados ao longo do comprimento de um curso de válvula. O atua-dor de válvula pode incluir lógica suficiente para atuar como um controlador de processo.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[0001]A invenção refere-se geralmente a atuadores de válvula que incluem motores elétricos e, mais particularmente, ao controle de tais atuadores de válvula.

ANTECEDENTES

[0002]Os atuadores de válvula encontram ampla aplicação em inúmeras indústrias, como, geração de energia de todos os tipos, petróleo e petroquímicos, produtos têxteis, papel, e processamento de alimentos. A velocidade de operação e torque proporcionados por um atuador de válvula são parâmetros importantes. Geralmente, um motor de velocidade fixa é acoplado a um conjunto de engrenagens para fornecer apenas a combinação certa de velocidade e torque a uma válvula. O motor exato e conjunto de engrenagens devem ser acoplados por um fabricante. Se o fabricante desejar ter um prazo de retorno rápido aos pedidos dos clientes, o fabricante deve estocar uma grande variedade de motores e conjuntos de engrenagens. Adicionalmente, a mão-de-obra especializada que deve ser empregada é conhecida na montagem de centenas de variações diferentes em um único desenho de atuador de válvula genérico.

[0003]Ademais, mesmo que múltiplos clientes desejem um atuador de válvula exatamente com a mesma velocidade e características de torque, geralmente os clientes terão fontes de alimentação diferentes disponíveis. Um cliente pode desejar utilizar 480 VCA trifásica em 60 Hz, outro cliente pode desejar utilizar 110 VCA monofásica em 50 Hz, e ainda outro cliente pode ter apenas 24 VCC disponíveis. Os sistemas anteriormente conhecidos não proporcionam um atuador de válvula que é fornecido pronto para uso para satisfazer as necessidades de clientes com fontes de alimentação diferentes disponíveis. Atualmente, se um usuário desejar alterar as características de torque e velocidade de um atuador de válvula, o atuador deve ser retirado de serviço, desmontado, e então remontado com um conjunto de engrenagens e/ou motor diferente. É necessário um modo de reduzir o número de motores e os conjuntos de engrenagens que devem ser estocados para satisfazer as necessidades do cliente. Há a necessidade de reduzir o número de modelos que os trabalhadores devem ser treinados para construir. Adicionalmente, há a necessidade de permitir o ajuste da velocidade e torque distribuído por um atuador sem exigir a desmontagem. Adicionalmente, os atuadores de válvula de velocidade fixa possuem utilidade limitada como controladores de processo devido ao fato de a válvula sempre ser operada em uma velocidade fixa. É necessário um modo de permitir que um atuador de válvula opere como um controlador de processo.

[0004]Uma tentativa de resolver esses problemas é através do uso de um retificador e cortador para controlar a corrente enviada a um motor CC. Isso é permitido para corrente CA de alta ou baixa tensão que é mono- ou trifásica para ser usada e permite-se que a velocidade e torque do motor sejam controlados. Uma variação nessa tentativa é retificar a CA, então utilizar um inversor para controlar uma CA de motor. Entretanto, essas tentativas exigiram o uso de chaves limite de torque. Um operador poderia ajustar mecanicamente a velocidade e torque distribuídos por um atuador de válvula, porém no máximo, um operador poderia apenas ajustar um torque ou velocidade máxima que não deve ser excedido pelo atuador de válvula. Um operador não poderia ajustar um a perfil de velocidade ou torque que poderia variar ao longo do comprimento de um curso de válvula sem chaves limite. Um conjunto de engrenagens foi incluído com o atuador de válvula e fica localizado dentro do alojamento do atuador de válvula.

[0005]As tentativas anteriores exigem que um usuário ajuste o potenciômetro de velocidade e torque e não permitem que um operador ajuste um perfil de velocidade ou torque que poderia varia ao longo do comprimento de um curso de válvula. Essas tentativas não proporcionam uma maneira para ajustar a velocidade e torque de um atuador de válvula sem chaves mecânicas switches e chaves limite de torque, nem fornecem um mecanismo onde o atuador de válvula poderia operar como um controlador de processo.

[0006]Outras tentativas de resolver os problemas acima utilizaram motores de relutância chaveados e motores CC para fornecer uma velocidade variável. Entretanto, nesses casos, o atuador de válvula exige um mecanismo de frenagem separado para impedir que o motor gire no caso de uma perda de alimentação. É necessário um atuador de válvula capaz de operar em velocidade variável que possua capacidades de frenagem simples e inerentes.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0007]Uma modalidade da invenção é um atuador de válvula que compreende um motor de velocidade variável, um controlador de motor de estado sólido conectado de maneira operável ao motor de velocidade variável e configurável para operar o motor de velocidade variável, e uma rosca sem fim/conjunto de engrenagens helicoidais conectado de maneira operável ao motor de velocidade variável.

[0008]Outra modalidade da invenção é um atuador de válvula que compreende um bloco de conexão de campo universal, um conversor de potência operável para receber uma fonte de alimentação, um motor de velocidade variável, um controlador de motor de estado sólido conectado de maneira operável ao conversor de potência e o controlador de motor configurável para operar o motor de velocidade variável; e um dispositivo de frenagem conectado de maneira operável ao motor de velocidade variável; sendo que o dispositivo de frenagem é compreendido de um conjunto de engrenagens. Ainda outra modalidade da invenção inclui um atuador de válvula que compreende um alojamento, um controlador de motor, um motor de velocidade variável com um eixo de saída, em que o motor de velocidade variável é configurado para controle pelo controlador de motor, e o controlador de motor e o motor de velocidade variável integrados dentro do alojamento e um trem de engrenagens fora do alojamento e acoplado de maneira operável ao eixo de saída. Uma modalidade particular da invenção inclui um método de operar um atuador de válvula, sendo que o método compreende fornecer um atuador de válvula que compreende um controlador de motor de estado sólido conectado de maneira operável a um motor de velocidade variável, em que o conjunto de engrenagens é conectado de maneira operável ao motor de velocidade variável, ajustar a velocidade no controlador de motor de estado sólido na qual o motor de velocidade variável será acionado pelo controlador de motor de estado sólido quando o atuador de válvula for operado; e travar o motor de velocidade variável com o the conjunto de engrenagens contra as cargas de direção posterior no caso de uma falha de alimentação.

[0009]Outra modalidade das invenções inclui um método de atuar um atuador de válvula eletricamente acionado, sendo que o método compreende receber um sinal de comando em um controlador de atuador de válvula de estado sólido conectado de maneira operável ao atuador de válvula eletricamente acionado que inclui um conjunto de engrenagens, em que o atuador de válvula eletricamente acionado é capaz de operar em velocidade variável, receber um sinal de realimentação no controlador de atuador de válvula de estado sólido, determinar se há uma diferença entre o sinal de comando e o sinal de realimentação; e minimizar qualquer diferença entre o sinal de comando e o sinal de realimentação atuando o atuador de válvula eletricamente acionado.

[00010] Outra modalidade da invenção é um sistema para atuar uma válvula, sendo que o sistema compreende: um atuador de válvula, onde o atuador de válvula compreende um motor, onde o motor compreende um eixo de saída; um controlador de motor de estado sólido conectado de maneira operável ao motor e capaz de operar o motor em velocidades e torques variáveis; e uma rosca sem fim/conjunto de engrenagens helicoidais acoplado ao eixo de saída do motor.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00011] Embora o relatório descritivo conclua com as reivindicações particularmente apontando e reivindicando claramente o que é considerado como a presente invenção, essa invenção pode ser mais facilmente entendida e avaliada por um elemento versado na técnica a partir da seguinte descrição da invenção quando lida em conjunto com os desenhos em anexo, nos quais:

[00012] A figura 1 é uma vista esquemática de uma modalidade de um atuador de válvula capaz de operar em uma velocidade variável que inclui um controlador de motor e motor capaz de operar em uma velocidade variável;

[00013] A figura 2 ilustra a adição de um conversor de potência e conjunto de engrenagens à modalidade mostrada na figura 1;

[00014]A figura 3 ilustra a fusão do conversor de potência e o controlador de motor de acordo com uma modalidade da invenção;

[00015]A figura 4 ilustra uma modalidade da invenção sem um conversor de potência;

[00016] A figura 5 ilustra a inclusão de um terminal de conexão de campo como parte do atuador de válvula de acordo com uma modalidade da invenção;

[00017] A figura 6 ilustra uma modalidade de um conversor de potência sem um conjunto de engrenagens;

[00018] A figura 7 ilustra uma modalidade de um atuador de válvula onde um controlador de motor e um motor de velocidade variável estão dentro de um alojamento separado e um conjunto de engrenagens localizado fora do alojamento;

[00019] A figura 8 ilustra a inclusa de um controlador de atuador de válvula de acordo com uma modalidade do atuador de válvula da invenção;

[00020] A figura 9 ilustra uma modalidade da invenção onde um conversor de potência é integrado como parte de um controlador de motor em comunicação com um controlador de atuador de válvula;

[00021] A figura 10 ilustra uma modalidade da invenção onde um controlador de motor é integrado como parte de um controlador de atuador de válvula que recebe a entrada de um conversor de potência;

[00022] A figura 11 ilustra a combinação de um conversor de potência, controlador de motor, e controlador de atuador de válvula dentro de um único dispositivo de acordo com uma modalidade da invenção;

[00023]A figura 12 ilustra exemplos de sinais de realimentação diferentes que podem ser recebidos por um controlador de motor; e

[00024]A figura 13 ilustra uma modalidade de um atuador de válvula que opera como um controlador de processo.

MODO(S) PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[00025] Um atuador de válvula que inclui um motor elétrico é descrito incluindo um controlador de motor no estado sólido capaz de operar um motor em velocidades variáveis e um conjunto de engrenagens que impede que as forças de carga de direção posterior de um eixo de saída. A velocidade e torque do atuador de válvula podem ser selecionados. A invenção pode evitar a necessidade de instalar chaves limite de torque ou outro meio de captação de torque dedicado ao torque e mecanismos de frenagem separados em um atuador de válvula.

[00026] Para facilidade de discussão, referências numéricas similares podem representar elementos similares nas figuras. Agora com referência à figura 1, uma modalidade particular de um atuador de válvula 100 compreende o controlador de motor 20 e o motor de velocidade variável 10. O controlador de motor 20 recebe a entrada elétrica da entrada da fonte de alimentação 90. O controlador de motor 20 controla a saída de energia elétrica do motor de velocidade variável 10. O motor de velocidade variável 10 pode ser acoplado à válvula 80. Alternativamente, o motor 10 pode ser acoplado a uma caixa de engrenagens de atuador (saída rotacional ou linear), que, por sua vez, pode ser acoplada à válvula 80 ou outra carga acionada.

[00027]O motor de velocidade variável 10 pode ser qualquer motor adequado conhecido na técnica. Inúmeros motores de velocidade variável são contemplados pela invenção. Virtualmente qualquer motor CA, com o controlador e conversor adequados pode funcionar em velocidades variáveis. O motor de velocidade variável 10 inclui motores de indução monofásicos e polifásicos. Os quatro grupos gerais de Desenhos A & B, C, D, e F e os subgrupos participantes Estão incluídos dentro dos motores de indução polifásicos. O motor de velocidade variável 10 pode ser outros motores CA, como, motores de rotor bobinado, motores de múltiplas velocidades, motores de torque constantes e variáveis, e motores universais. Motores síncronos que incluem, motores síncronos não-excitados, histerese e projetos de relutância, e motores síncronos excitados por CC podem ser usados. O motor de velocidade variável 10 também pode ser um servomotor, servomotor sem escovas, e motor linear.

[00028] O motor de velocidade variável 10 também pode ser um motor CC. Os motores CC adequados incluem, por exemplo, motores enrolados em derivação, enrolados em série, com enrolamento composto, e motores CC sem escovas. O motor de velocidade variável 10 também pode ser um motor linear CC com escovas ou sem escovas, ou um motor sem núcleo. O motor de velocidade variável 10 pode possuir qualquer número de pólos, quando um motor de anel ou motor tipo panqueca for usado. O motor de velocidade variável 10 pode ser um motor de torque de ângulo limitado, ou um motor CC sem escovas com fio como um motor de torque de ângulo limitado. O motor de velocidade variável 10 pode incluir motores de passo de ímã permanente (como motores tipo disco), motores de passo sem escovas com menos ímãs (como motores de relutância variável), e motores CC sem escovas de relutância chaveados (também conhecidos como motores híbridos de ímã permanente). O motor de velocidade variável 10 pode incluir motores de passo, como motores de duas, três, quatro, ou cinco fases, e servomotores CC.

[00029] A lista supracitada de motores não pretende ser limitativa, mas fornecer exemplos da ampla gama de motores que pode ser usada como motor de velocidade variável 10. Qualquer motor que pode ser acionado à velocidade variável por qualquer método de controle pode ser usado como o motor de velocidade variável 10. Adicionalmente, embora os servomotores sejam delineados como um tipo específico de motor, deve ser entendido que a realimentação de posição de motor pode ser integrada com qualquer um dos motores acima.

[00030] O controlador de motor 20 pode ser qualquer controlador capaz de controlar a velocidade e torque de motor de velocidade variável 10. Em uma modalidade, o controlador de motor 20 pode ser um controlador de estado sólido. O termo “controlador” é usado aqui para se referir a controladores e acionadores. O controlador de motor 20 irá variar dependendo do tipo de motor usado. Os motores CC com escovas são compreendidos principalmente de um estator bobinado denominado “campo” e um rotor bobinado denominado “armadura”. “Enrolamento” ou “enrolado” como termo é usado aqui se refere não só a enrolamentos de arame, como também a camadas e à estrutura dos enrolamentos (que compreendem tipicamente laminações de metal ferroso). Por exemplo, para um motor CC enrolado em série, o armadura e o campo são conectados em série. O motor velocidade é aproximadamente diretamente proporcional à alimentação de corrente do motor. Portanto, o controle da tensão que é alimentada no motor irá controlar a velocidade do motor. O controle da corrente irá controlar o torque de motor. O controlador de motor 20 pode incluir um resistor variável, como um potenciômetro ou reostato. Por exemplo, triacs, e retificadores controlados de silício (SCRs) também pode ser usados. Qualquer técnica adequada compatível com o motor de velocidade variável 10 pode ser usada.

[00031] Os motores CC enrolados em derivação possuem fontes de alimentação de campo e armadura separadas. Portanto, um tipo diferente de controle é exigido. Quando o campo possuir uma fonte fixa e a fonte de armadura for variada, isso é referido como controle de tensão de armadura. O controle de tensão de armadura fornece torque constante sobre uma faixa de velocidade. Quando o campo for variado e a fonte de armadura for fixada, isso é referido como controle de campo derivado. O controle de campo derivado fornece potência constante sobre uma faixa de velocidade. Os motores CC de enrolamento composto utilizam enrolamentos em série e de campo derivado. O controlador de motor 20 pode fornecer controle de tensão de armadura, controle de campo derivado, ou controle de motor de enrolamento composto.

[00032] Os motores CC sem escovas não possuem um enrolamento de armadura, porém utilizam um ímã permanente como o rotor. Em vez de escovas, a corrente nos enrolamentos de campo (camadas metálicas laminadas) é comutada para trás e para frente, quando necessário, para criar os campos magnéticos alternados exigidos para girar o rotor de ímã permanente. O PWM é comumente usado para controlar a velocidade de comutação; entretanto, o controlador de motor 20 pode empregar qualquer método adequado para controlar a velocidade e/ou torque.

[00033] Os motores de indução CA possuem um rotor/estator enrolado e podem possuir um rotor com enrolamentos de bobinagem ou “barras” condutoras (em gaiola), porém a força é apenas alimentada no estator. A velocidade de motores CA é geralmente controlada variando a frequência e tensão de fonte de alimentação. Em uma modalidade particular da invenção, o controlador de motor 20 pode ser um acionador de frequência variável (VFD). Um VFD essencialmente converte CA em CC e então inverte a corrente CC novamente para CA. O inversor controla a tensão e frequência da onda CA de saída. A frequência de saída determina a velocidade do motor CA. A tensão de saída determina o torque de motor. Os dispositivos adequados que podem ser usados para realizar a conversão CA em CC incluem, por exemplo: diodos, retificadores, tiristores, e SCRs. Semicondutores, como Transistores Bipolares de Porta Isolada (IGBTs) (também referidos como isolados), podem ser usados para inverter a corrente CC para corrente CA. Alternativamente, transistores bipolares, FETs, MOSFETs, e transistores transformadores podem ser usados. Os motores síncronos são controlados de maneira similar aos motores de indução. O controlador de motor 20 pode ser qualquer controlador adequado capaz de controlar a velocidade e/ou torque de um motor CA conhecido na técnica.

[00034] A figura 2 ilustra uma modalidade da invenção onde o atuador de válvula 100 inclui adicionalmente um conversor de potência 30 e um conjunto de engrenagens 40. O conversor de potência 30 recebe a entrada elétrica da fonte de alimentação 90 e emite uma alimentação elétrica adequada ao controlador de motor 20. O conjunto de engrenagens 40 é acoplado ao eixo de saída do motor de velocidade variável 10. O conjunto de engrenagens 40 é, por sua vez, acoplado à válvula 80. Em outra modalidade mostrada na figura 3, o conversor de potência 30 pode ser integrado dentro do mesmo alojamento que o controlador de motor 20. Algumas ou todas as funções do conversor de potência 30 também podem ser realizadas pelo controlador de motor 20. Por exemplo, quando um VFD for usado como o controlador de motor 20, o VFD também pode realizar a função de converter uma CA monofásica em CA trifásica. Portanto, um conversor de fases separadas não é necessário. Entretanto, pode ser desejado possuir uma construção de conversor de fases separadas no conversor de potência universal 30 em vez de utilizar um VFD para esse propósito. Os VFDs também podem realizar a conversão de CA em CC e inversão novamente para CA. Portanto, quando o controlador de motor 20 incluir um VFD, esses aspectos de conversão de potência poderiam ser obtidos pelo controlador de motor 20.

[00035] Adicionalmente, como mostrado na modalidade da figura 4, pode haver situações onde o conversor de potência 30 não é exigido. O conversor de potência 30 pode ser um transformador (por exemplo, um transformador variável) capaz de alterar a fonte de alimentação 90 de uma tensão para outra tensão. O conversor de potência 30 também pode ser um conversor CA-CC, conversor CC-CC, inversor CC-CA, ou um conversor de fases. O conversor de potência 30 também pode ser desenhado para ser um conversor de potência universal. Assim, o conversor de potência poderia ser capaz de obter qualquer tensão e tipo de corrente comumente usado e converter a mesma em uma forma utilizável pelo controlador de motor 20. Em uma modalidade alternativa, o conversor de potência pode gerar CA de baixa tensão e/ou potência dc que pode acionar a posição de bordo ou controlador de processo e também pode fornecer potência para acionar os dispositivos externos (por exemplo, comutadores, indicadores, e sinais). A fonte de alimentação 90 pode ser qualquer fonte de alimentação disponível. Alguns exemplos de fonte de alimentação 90 incluem: 208 a 690 VCA trifásica, 50 ou 60 Hz; 120 ou 230 VCA, monofásica; 12 VCC; 24 VCC; e 48 VCC. As modalidades da presente invenção também podem ser capazes de aceitar qualquer tensão de 24 VCC a 690 VCA.

[00036] O conversor de potência 30 pode ser um único dispositivo ou múltiplos dispositivos. Por exemplo, o conversor de potência 30 pode incluir o conversor CC anteriormente mencionado, um transformador elevador ou redutor de CA, ou um conversor de fase.

[00037] Com referência à modalidade da figura 5, o bloco de conexão de campo 60 também pode ser incluído no atuador de válvula 100. O bloco de conexão de campo 60 pode ser projetado de qualquer maneira necessária para conectar a fonte de alimentação 90 ao conversor de potência 30 ou ao controlador de motor 20. O bloco de conexão de campo 60 também pode ser integrado em um único dispositivo com o conversor de potência 30 e/ou controlador de motor 20. O bloco de conexão de campo 60 poderia ser projetado como um bloco de conexão universal para uso com um conversor de potência universal 30. Nessa modalidade particular, o bloco de conexão de campo 60 poderia ser projetado com colunas, ressaltos, travas de came, pinos e luvas de conexão adequados, ou outros dispositivos de conexão para manipular qualquer tensão ou amperagem distribuída pela fonte de alimentação 90. O bloco de conexão de campo 60 também poderia possuir um único mecanismo de conexão ou múltiplos mecanismos de conexão. Por exemplo, o bloco de conexão de campo 60 pode possuir um único conjunto de colunas sobre as quais os ressaltos podem ser fixados com fios CA e CC. Alternativamente, o bloco de conexão de campo 60 pode possuir um conjunto de colunas e/ou ressaltos para fios CC, e um conjunto de colunas e/ou ressaltos para fios CA. O bloco de conexão de campo 60 também pode possuir múltiplos conjuntos de mecanismos de conexão CA e CC.

[00038] O bloco de conexão de campo 60 pode ser projetado para se proteger contra um erro de fiação do operador do bloco de conexão de campo 60 de um tipo de alimentação, porém fornecendo realmente um tipo diferente de alimentação. Por exemplo, se um operador desejar utilizar 480 VCA trifásica, porém conectar acidentalmente dois dos condutores 480 VCA a um conjunto de ressaltos CC, então podem ocorrer problemas. O bloco de conexão de campo 60 pode ser projetado para detectar automaticamente o tipo de corrente e tensão que está sendo fornecido e toma precauções adequadas, ou um mecanismo pode ser fornecido para permitir que um usuário identifique a corrente e tensão que serão fornecidas. A detecção automática pode ser realizada com sensores como conhecido na técnica. Um controlador dentro do bloco de conexão de campo 60 pode então engatar o comutador adequado para conectar eletricamente a fonte de alimentação do operador às porções adequadas de conversor de potência 30. Um módulo condicionador de potência pode aceitar qualquer uma entre uma ampla variedade de tensões de entrada possíveis e permitir a operação (se estiver dentro dos limites de segurança) ou impedir a operação de motor. A proteção de circuito pode ser adicionada para evitar que tentem alterar o comutador enquanto a corrente estiver fluindo através dos contatos.

[00039] Ademais, quando o motor de velocidade variável 10 for um motor CA, e a fonte de alimentação 90 for uma fonte de alimentação CC, então pode ser desejado alimentar diretamente a alimentação CC para o controlador de motor 20, que, por sua vez, irá inverter a alimentação CC para alimentação CA como parte do controle de motor de velocidade variável 10.

[00040] O bloco de conexão de campo 60 ou qualquer outra porção do atuador de válvula 100 pode incluir qualquer proteção de corrente e tensão necessária, como sob a forma de disjuntores, e protetores contra picos de tensão.

[00041] Todas as estruturas e funções descritas aqui em relação ao bloco de conexão de campo 60 também podem ser integradas dentro de um único alojamento com o conversor de potência 30, controlador de motor 20, e/ou controlador de atuador de válvula 50. Esse único alojamento poderia então ser incorporado como parte do atuador de válvula 100. Adicionalmente, o bloco de conexão de campo 60 e conversor de potência 30 podem ser completamente integrados.

[00042] Utilizando-se um conversor de potência universal 30, um fabricante de atuador de válvula poderia produzir um único atuador de válvula 100 em uma determinada faixa de tamanho que poderia ser compatível e comum, com qualquer fonte de alimentação 90 que um cliente possa ter. Adicionalmente, utilizando-se o motor de velocidade variável 10, o atuador de válvula 100 pode ser compatível com uma ampla variedade de válvulas 80. O controlador de motor de estado sólido 20 permite a configuração de velocidade e torque ótima para uma determinada válvula 80. A velocidade e torque poderiam ser ajustados por um operador, fabricante, agente, ou distribuidor. Portanto, uma pequena gama de atuadores de válvula 100 é capaz de satisfazer as necessidades de uma ampla gama de aplicações de válvula. A pequena gama de atuadores de válvula 100 poderia ser produzida em um volume alto o suficiente para fazer economias de escala anteriormente não possíveis com outros atuadores de válvula.

[00043] O atuador de válvula 100 opcionalmente inclui um conjunto de engrenagens 40. O conjunto de engrenagens 40 pode ser incluído como parte do atuador de válvula 100 ou como uma peça separada que pode ser acoplada ao atuador de válvula 100. Em uma modalidade, o conjunto de engrenagens 40 pode ser uma rosca sem- fim/conjunto de engrenagens helicoidais onde o eixo helicoidal é diretamente acoplado ao eixo de saída do motor de velocidade variável 10 e integrado como parte do atuador de válvula 100. A rosca sem fim/conjunto de engrenagens helicoidais proporciona inerentemente freio ou trava do atuador de válvula 100 para impedir que a válvula altere sua posição quando o motor não estiver energizado. Entretanto, o conjunto de engrenagens 40 pode ser outras engrenagens como conjuntos de engrenagens planetárias. A figura 6 ilustra uma modalidade onde o conjunto de engrenagens 40 não está presente. Nessa modalidade, o eixo de saída do motor de velocidade variável 10 pode ser diretamente acoplado à válvula 80.

[00044] Deve ser entendido que em modalidades particulares, um eixo oco, alta contagem de pólos, alto torque, motor tipo "panqueca” de baixa velocidade poderiam ser usados para aceitar a haste de válvula e acionar diretamente a válvula - sem uma caixa de engrenagens. Para um atuador de eixo oco de acionamento direto, ainda é necessário “travar” o atuador na posição quando estiver parado. Esse poderia ser ativamente mantido na posição pelo controlador através de um comando de velocidade zero do controlador de motor. Alternativamente, o desenho de eixo oco poderia utilizar um motor de três posições/sistema de embreagem de volante e freio acionado por solenoide. A primeira posição inclui injetar o motor com um freio solenoide liberado ou parado com o freio acionado por solenoide engatado. A segunda posição inclui o motor sendo desengatado e o freio engatado (ou seja, anula o solenoide). A terceira posição inclui o motor sendo desengatado, o freio sendo desengatado (anula o solenoide), e o volante sendo engatado. Para operar o volante, a alavanca é movida até a terceira posição, o volante é girado até uma posição de válvula desejada, e a alavanca é movida até a primeira ou segunda posição para manter a posição da válvula.

[00045] A figura 7 ilustra uma modalidade onde o conjunto de engrenagens 40 está presente no atuador de válvula 100, porém o motor de velocidade variável 10 e o controlador de motor 20 estão contidos dentro de um alojamento separado 70. Um conversor de potência 30 também pode estar presente dentro do alojamento 70. Em uma modalidade, o alojamento 70 é um alojamento de motor. Por exemplo, o controlador de motor 20 e o conversor de potência 30 podem ser colocados dentro do alojamento de motor. Alternativamente, o controlador de motor 20 e o conversor de potência 30 podem ser colocados sobre o alojamento 70. Em tal modalidade, o controlador de motor 20 e o conversor de potência 30 podem ser conectados ao motor de velocidade variável 10 através de um furo no alojamento 70. O controlador de motor 20 e o conversor de potência 30 poderiam ser adequadamente revestidos de modo que o alojamento 70 possua qualquer classificação NEMA, como NEMA 4. Adicionalmente, nas modalidades da figura 7, o conversor de potência 30 pode não estar presente ou pode ser integrado com o controlador de motor 20 em um único dispositivo. O controlador de atuador de válvula 50 também pode ficar localizado dentro do alojamento 70. O controlador de motor 20 também pode ser integrado dentro do controlador de atuador de válvula 50.

[00046] A válvula 80 pode ser uma válvula de múltiplas voltas ou um quarto de volta. A válvula 80 pode ser uma válvula globo, de gaveta, eclusa, borboleta, tampão, esférica, ou de múltiplas portas. A válvula 80 inclui qualquer válvula ou outras cargas acionadas por atuador que podem ser operadas pelo motor de velocidade variável 10 com ou sem um conjunto de engrenagens 40.

[00047] Com referência à figura 8, o atuador de válvula 100 também pode incluir um controlador de atuador de válvula 50. O controlador de atuador de válvula 50 em uma modalidade particular fica localizado dentro do atuador alojamento 70 do atuador de válvula 100. Entretanto, o controlador de atuador de válvula 50 pode estar alternativamente fora do alojamento de atuador 70. Por exemplo, o controlador de atuador de válvula 50 pode ser montado sobre uma estrutura de suporte próxima ao atuador de válvula 100 com condutores elétricos que conectam o controlador de atuador de válvula 50 ao atuador de válvula 100.

[00048] Em uma modalidade, como mostrado na figura 8, o controlador de atuador de válvula 50 controla o controlador de motor 20. O controlador de motor 20 pode ser separado do conversor de potência 30, como mostrado na figura 8, ou o conversor de potência 30 pode ser integrado no mesmo dispositivo que o controlador de motor 20, como mostrado na figura 9. A figura 8 ilustra o controlador de atuador de válvula 50 separado do controlador de motor 20. Alternativamente, o controlador de atuador de válvula 50 pode receber diretamente alimentação da fonte de alimentação 90 e o controlador de atuador de válvula 50 pode enviar sinais de saída e indicadores de estado à fonte de alimentação 90. Entretanto, como mostrado na figura 10, o controlador de motor 20 pode ser integrado em um único dispositivo com o controlador de atuador de válvula 50. A figura 11 ilustra que o conversor de potência 30 também pode ser integrado em um único dispositivo com o controlador de atuador de válvula 50 e controlador de motor 20.

[00049] Deve ser entendido que embora as figuras mostrem a integração do controlador de motor 20 no controlador de atuador de válvula 50, o controlador de atuador de válvula 50 também pode ser observado integrado no controlador de motor 20. Similarmente, as funções realizadas pelo controlador de motor 20 e/ou controlador de atuador de válvula 50 também podem ser realizadas pelo conversor de potência 30.

[00050] O controlador de atuador de válvula 50 é capaz de receber e emitir sinais. O controlador de atuador de válvula 50 pode receber sinais de comando de processo, sinais de alimentação de processo, sinais de comando de posição de válvula, sinais de alimentação de posição de válvula, e sinais de posição de motor. O controlador de atuador de válvula 50 ou controlador de motor 20 pode receber qualquer número de sinais de alimentação. Por exemplo, como ilustrado na figura 12, o motor de velocidade variável 10 pode gerar um sinal de realimentação 15 como sinal(is) de posição de rotor (ou armadura), sinal de velocidade de rotor, sinal de corrente de motor, ou sinal de torque de motor. O sinal de realimentação 15 poderia ser usado para derivar o torque de saída, velocidade de saída, e posição do atuador de válvula 100. Similarmente, o sinal de realimentação 15 pode ser usado para calcular o torque, velocidade, e posição de válvula 80. O conjunto de engrenagens 40 pode ser configurado para gerar um sinal de realimentação 16. O sinal de realimentação 16 pode indicar o torque de saída, velocidade, e/ou posição do atuador de válvula 100. O sinal de realimentação 16 também pode incluir dados sobre qualquer porção do trem de engrenagens, como a velocidade e/ou torque de um eixo helicoidal ou engrenagem helicoidal. Adicionalmente, a válvula 80 pode ser configurada para gerar um sinal de realimentação 17. O sinal de realimentação 17 pode ser usado para indicar diretamente o torque, velocidade, e posição da válvula 80. A figura 12 ilustra o controlador de motor 20 recebendo os sinais de alimentação 15,16 e 17. Entretanto, o controlador de atuador de válvula 50 também pode receber os sinais.

[00051] Exemplos de sinais que podem ser enviados pelo controlador de atuador de válvula 50 incluem consultas a sensores, operadores, controlador de motor 20, motor de velocidade variável 10, e outros sistemas fora do atuador de válvula 100.

[00052] O controlador de atuador de válvula 50 pode operar como um controlador de posição ou um controlador de processo. Na modalidade de controlador de posição, o controlador de atuador de válvula 50 pode ser configurado para receber um sinal de comando de posição. O sinal de comando de posição pode indicar uma posição desejada da válvula. O sinal de comando pode ser gerado por qualquer meio padrão, como por um controlador de processo, um operador, comutadores, potenciômetros, blocos de função de processo, geradores de sinal, ou controlador de posição. O controlador de atuador de válvula 50 pode então utilizar o conhecimento de controladores de motor 20 da posição de rotor do motor de velocidade variável 10, através de sinal de realimentação 15, para determinar a posição da válvula 80. O sinal de realimentação 15 pode servir essencialmente como a fonte de um sinal de realimentação de posição. O controlador de atuador de válvula 50 pode então determinar se há um erro (uma diferença) entre o sinal de comando de posição e o sinal de realimentação de posição. Se um erro for detectado, o controlador de atuador de válvula 50 pode então ajustar o atuador de válvula 100 para minimizar o erro. O ajuste de desempenho (por exemplo, tempo de resposta, aceleração permitida, tempo de estabilização, e/ou erro permissível) pode ser configurado pelo usuário ou pré-ajustado aos valores padrão pelo fabricante.

[00053] Na modalidade do controlador de processo, o controlador de atuador de válvula 50 poderia ser configurado para receber um sinal de comando de processo e um sinal de realimentação de processo. O sinal de comando de processo indica um ponto de ajuste da variável de processo desejado. O sinal de realimentação de processo indica a condição real da variável de processo. O controlador de atuador de válvula 50 poderia então determinar se houve um erro entre os dois sinais e ajustar a válvula para reduzir o erro dentro de uma banda aceitável configurada. O controlador de atuador de válvula 50 pode incorporar qualquer tipo de resposta de controle, como, controle proporcional, controle integral e proporcional, controle derivativo e proporcional e integral, ou controle derivativo e proporcional.

[00054] O atuador de válvula 100 pode ser configurado para operar a válvula 80 em uma velocidade fixa ou em uma velocidade variável. Na modalidade da velocidade fixa, o atuador de válvula inventivo 100 pode proporcionar economias de fabricação aumentadas em escala. Adicionalmente, o atuador de válvula 100 pode ser configurado para operar em velocidades variáveis. O atuador de válvula 100 pode ser configurado por um operador para operar em velocidades variáveis. Um operador pode possuir controle quase infinito sobre a velocidade na qual a válvula 80 é operada. Um operador pode selecionar uma velocidade ajustada do atuador de válvula 100 para operar ou pode inserir um perfil de velocidade. Um perfil de velocidade permite que um operador projete velocidades de válvula diferentes para porções diferentes do curso de válvula 80. O operador também pode ajustar o torque permissível que pode ser distribuído em velocidades diferentes e em locais diferentes ao longo do curso de válvula 80. Portanto, o torque e velocidade da válvula 80 podem ser limitados antes da abertura, durante a primeira abertura, antes do fechamento, ou durante o primeiro fechamento da válvula 80. Em uma modalidade particular, o controlador de atuador de válvula 50 e/ou controlador de motor 20são controladores deestado sólido, eliminandoa necessidade de chaves limite de torque para identificar quando a velocidadeoutorque deveseralterado. Depreferência,o conhecimento do controlador de motor 20 de posição de motor e torque através do sinal de realimentação 15 poderia ser usado para determinar quando se deve limitar ou variar o torque e/ou velocidade da válvula 80. Por exemplo, o torque pode ser deduzido a partir do conhecimento da corrente de motor, tensão, temperatura, EMF posterior, fluxo de vazamento, ou qualquer combinação desses. Portanto, quando o controlador de atuador de válvula 50 for um controlador de estado sólido, o operador pode alterar a posição ao longo de um curso de válvula onde a velocidade reduz ou aumenta sem ter de ajustar os comutadores mecânicos.

[00055] A capacidade de um operador variar a velocidade fixa ou perfil de velocidade da válvula 80 pode proporcionar maior flexibilidade com a determinação de ganho de sistema total. Por exemplo, uma velocidade de válvula superior pode se igualar a um ganho de sistema superior e, de maneira oposta, uma velocidade de válvula inferior pode se igual a um ganho de sistema inferior. Ademais, devido à relação entre a velocidade de válvula e o ganho de sistema, a capacidade de velocidade variável do atuador de válvula 100 fornece uma ferramenta a um operador para ajustar um sistema de controle. Isso pode ser particularmente vantajoso em sistemas de controle sensíveis onde é difícil encontrar constantes de regulação que permitam que um sistema seja atenuado.

[00056] Adicionalmente, uma vez que as constantes de regulação são selecionadas, um operador pode variar a velocidade da válvula 80 em vez de alterar as constantes de regulação. Isso pode ser particularmente vantajoso em um processo onde um operador possui um conjunto limitado de constantes de regulação que evitam problemas associados a controladores PID, como excitação integral e outros problemas conhecidos na técnica. Em tal cenário, o ajuste da velocidade de válvula pode ser mais benéfico do que alterar as constantes de regulação de controlador.

[00057] Por exemplo, muitos operadores tentam evitar o desligamento de um processo para realizar a manutenção de uma válvula. De preferência, um operador irá tentar manter uma válvula suficientemente operacional até um determinado momento do ano quando todo o processo será desligado e quando reparos necessários forem realizados de uma só vez. Portanto, quando uma válvula começar a emperrar, alguns operadores irão ajustar as constantes de regulação de um controlador para tentar compensar o emperramento de válvula. Essencialmente, um operador pode alterar as constantes de regulação de controlador para tentar fazer com que a válvula altera a posição antes ou a um grau maior para aproximar um resultado real que é similar à condição de processo de pré-emperramento de válvula. Alternativamente, o controlador de posição de circuito fechado da presente invenção pode ajustar a tensão de motor quando necessário, quase até a tensão total (max tq) em uma tentativa de atingir a velocidade de comando. Ao ajustar um temporizador ou a constante Ki nos parâmetros de temporização do controlador, o operador pode ajustar o comportamento de um atuador, à medida que uma válvula se torna mais emperrada.

[00058] Entretanto, para sistemas complexos ou sensíveis, pode haver um conjunto limitado de constantes de regulação que realmente fornecem um processo estável. Ao ajustar o controlador de atuador de válvula 50 para variar a velocidade na válvula 80, em vez de apenas variar uma velocidade fixa, um perfil de velocidade de válvula pode ser ajustado ou criado para acomodar qualquer problema que a válvula apresente. Se uma válvula estiver emperrando apenas na abertura, então mais torque pode ser fornecido durante a primeira abertura da válvula. Se uma válvula estiver emperrando no meio do curso da válvula, então a velocidade ou torque pode ser aumentado sobre a faixa na qual a válvula está emperrando.

[00059] O atuador de válvula 100 pode ser desenhado com uma lógica adequada no controlador de atuador de válvula 50 para determinar a velocidade na qual se deve atuar a válvula 80. Tal lógica pode ser integrada no controlador de atuador de válvula 50 quando o controlador de atuador de válvula 50 estiver funcionando como um controlador de processo. Nessa modalidade, o controlador de atuador de válvula 50 pode determinar a velocidade na qual o motor de velocidade variável 10 irá operar para girar o conjunto de engrenagens 40 e, por sua vez, atuar a válvula 80. Por exemplo, o controlador de atuador de válvula 50 pode ser desenhado de modo que a válvula 80 seja atuada em uma alta velocidade quando a diferença entre um ponto de ajuste de variável de processo e alimentação de variável de processo for grande. Também, quando o erro (a diferença) entre os sinais de processo for pequeno, então a válvula 80 é atuada em uma baixa velocidade. O controlador de atuador de válvula 50 pode ser ajustado com um conjunto limitado de velocidades pré-selecionadas para corresponder a uma determinada magnitude de erro. Alternativamente, o controlador de atuador de válvula 50 pode possuir velocidades essencialmente infinitas nas quais a válvula 80 pode ser atuada dependendo do erro correspondente.

[00060] O controlador de atuador de válvula 50 também pode ser desenhado de modo que uma primeira resposta a uma alteração de ponto de ajuste de variável de processo resulte na válvula 80 que será atuada a uma alta velocidade, e alterações subsequentes na posição da válvula ocorrem em velocidades cada vez mais baixas. Tal abordagem pode ser útil para evitar a excitação integral. O controlador de atuador de válvula 50 pode ser desenhado para responder de inúmeras maneiras, como será avaliado por um elemento versado na técnica. Controladores de programação e hardware de controlador são conhecidos na técnica. Portanto, o software, hardware, e/ou firmware exatos usados no controlador de atuador de válvula 50 não serão discutidos aqui.

[00061]Com referência à figura 13, descreve-se um exemplo de utilização de controlador de atuador de válvula 50 como um controlador de processo de temperatura. O recipiente de reator 200 possui uma camisa de aquecimento 210 em torno de seus lados. As entradas e saídas do recipiente de reator 200 não foram mostradas. O tubo 220 fornece água quente à camisa de aquecimento 210. O calor da água quente na camisa de aquecimento 210 é transferido para o recipiente de reator 200. Quanto maior for a taxa de fluxo de água quente na camisa de aquecimento 210, maior será a temperatura do recipiente de reator 200. A taxa de fluxo de água quente é controlada pela válvula 80. A entrada da válvula 80 é conectada ao tubo 260. A água quente que circula através da camisa de aquecimento 210 sai pelo tubo 270. A válvula 80 é girada pelo atuador de válvula 100. O sinal 240 é o sinal de comando de processo enviado ao controlador de atuador de válvula 50 indicando o ponto de ajuste de temperatura do recipiente de reator 200. A fonte de sinal não é indicada na figura 13. Os sinais 240 e 250 podem estar sob a forma de um sinal 0-20 ou 5-20 mA, sinal 0-10 ou 0-50 mV, sinal 0-5,1-5, ou 0-10 Vdc, ou uma mensagem digital em um barramento de comunicação digital (Modbus, Foundation Fieldbus, Profibus, ASi, DeviceNet, Internet, Ethernet, etc.) ou qualquer outra forma de sinal de controlador. O sinal 250 é o sinal de realimentação de processo enviado ao controlador de atuador de válvula 50 do sensor de temperatura 230.

[00062] Para simplicidade, nesse exemplo, supõe-se que a posição da válvula 80 seja calibrada em taxas de fluxo diferentes de água quente. Na prática, ao menos um sensor de fluxo de água quente, bem como outros sensores, também podem alimentar os sinais no controlador de atuador de válvula 50. Adicionalmente, qualquer número de sensores de temperatura 230 pode ser usado.

[00063] Quando uma alteração menor na temperatura for detectada pelo sensor de temperatura 230 o controlador de atuador de válvula 50 pode em resposta alterar a posição da válvula 80 a uma quantidade menor correspondente e em uma velocidade relativamente baixa. Alternativamente, uma grande queda de temperatura deve ser detectada, então o controlador de atuador de válvula 50 pode abrir a válvula 80 a uma proporção maior e em uma taxa de velocidade relativamente maior. O controlador de atuador de válvula 50 pode possuir um determinado conjunto de velocidades, como muito baixas, baixas, médias, altas, e muito altas, que dependendo do grau de diferença entre o sinal 240 e o sinal 250, determina a velocidade que é usada para atuar a válvula 80. O controlador de atuador de válvula 50 também pode possuir um número essencialmente infinito de velocidades nas quais a válvula 80 pode ser atuada. O controlador de atuador de válvula 50 pode ser configurado também para detectar não só a diferença entre os sinais 240 e 250, como também as alterações no próprio sinal 240. Por exemplo, o ponto de ajuste de temperatura deve ser dramaticamente aumentado por um operador, o controlador de atuador de válvula 50 pode abrir a válvula 80 lentamente para elevar gradualmente a temperatura do recipiente de reator 200. Entretanto, uma alteração no sinal 250 deve ser a fonte de erro entre os sinais 250 e 240, então o controlador de atuador de válvula 50 pode fazer com que a válvula 80 altere a posição rapidamente. O controlador de atuador de válvula 50 pode ser basicamente software, hardware, firmware, ou combinações desses. O controlador de atuador de válvula 50 pode ser projetado para fazer interface com uma PC, ou para fazer interface com outro hardware e software de controle. O controlador de motor 20 e o controlador de atuador de válvula 50 podem receber alimentação da fonte de alimentação 90 ou de uma fonte de alimentação separada, como conhecido na técnica. A presente invenção também inclui as seguintes modalidades e conceitos particulares: 1.Atuador de válvula que compreende: um motor de velocidade variável; um controlador de motor de estado sólido conectado de maneira operável ao motor de velocidade variável e configurável para operar o motor de velocidade variável; e um conjunto de engrenagens conectado de maneira operável ao motor de velocidade variável. 2.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, em que o motor de velocidade variável é selecionado a partir do grupo que consiste em um motor de relutância síncrono CA com realimentação de posição de motor, um motor de relutância síncrono CA sem realimentação de posição de motor, um motor sem escovas CC com realimentação de posição de motor, e um motor sem escovas CC com realimentação de posição de motor. 3.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, em que o motor de velocidade variável é um motor CA selecionado a partir do grupo que consiste em: motores de indução monofásicos, motores de indução polifásicos, motores de rotor bobinado, motores de múltiplas velocidades, motores de torque constante, motores de torque variável, motores universais, motores de histerese síncrona, motores síncronos excitados por CC,servomotores,servomotores sem escovas, e motores lineares. 4.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, em que o motor de velocidade variável é um motor CC selecionado a partir do grupo que consiste em: motores enrolados em derivação, enrolados em série, de enrolamento composto, motores CC sem escovas, motores lineares, motores lineares sem escovas, motores sem núcleo, motores de anel, motores tipo panqueca, motores de torque de ângulo limitado, motores de passo de ímã permanente, motores de relutância variável, motores de relutância chaveados, e servomotores. 5.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, que compreende adicionalmente um conversor de potência. 6.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 5, em que o conversor de potência é operável para realizar uma ou mais das seguintes funções que compreendem: transformação de CA em CA, conversão de CC em CC, conversão de CA em CC; inversão de CC para CA; e conversão de fase. 7.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 5, em que o conversor de potência e o controlador de motor de estado sólido são integrados em um único dispositivo. 8.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, que compreende adicionalmente um controlador de atuador de válvula operável para controlar o controlador de motor. 9.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, em que o controlador de motor de estado sólido é operável para variar a velocidade e torque do motor de velocidade variável. 10.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, em que o controlador de motor de estado sólido possui um conjunto de velocidades e torques pré-selecionado em que o motor de velocidade variável é operado. 11.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, em que o controlador de motor de estado sólido possui um torque pré- selecionado que é limitado pelo usuário. 12.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, em que a velocidade ou torque no qual o motor de velocidade variável é operado pode ser ajustado por um operador. 13.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, em que o controlador de motor de estado sólido possui um conjunto de perfis de velocidade e torque pré-selecionados em que o motor de velocidade variável é operado. 14.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, em que o conjunto de engrenagens é integral ao atuador de válvula. 15.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, em que o conjunto de engrenagens está fora de um alojamento que contém o controlador de motor de estado sólido. 16.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, em que o conjunto de engrenagens é operável para se encaixar diretamente com uma haste de válvula de uma válvula. 17.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, em que o conjunto de engrenagens é operável para se encaixar diretamente com um eixo oco ou um motor linear que pode Sr diretamente acoplado a uma válvula ou uma carga acionada por atuador. 18.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, em que o conjunto de engrenagens é operável para se encaixar diretamente com um eixo oco que possui um sistema de motor de três posições/embreagem de volante e freio acionado por solenoide. 19.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1 , que compreende adicionalmente um controlador de atuador de válvula. 20.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 19, em que o controlador de atuador de válvula é integral ao atuador de válvula. 21.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 19, em que o controlador de atuador de válvula é operável para enviar e receber sinais. 22.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 21, em que os sinais recebidos compreendem sinais de comando e sinais de alimentação, sinais de ponto de ajuste de variável de processo e sinais de posição, e sinais de alimentação de variável de processo e sinais de posição de motor. 23.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 19, em que o controlador de atuador de válvula é capaz de controle proporcional, controle integral e proporcional, controle derivativo e proporcional, controle derivativo e integral e proporcional de um processo controlando a atuação de uma válvula. 24.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 19, em que o controlador de atuador de válvula compreende lógica para determinar a velocidade e o torque em que uma válvula será atuada. 25.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 19, em que o controlador de motor é integrado dentro do controlador de atuador de válvula. 26.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, que compreende adicionalmente um bloco de conexão de campo acoplado de maneira operável ao controlador de motor. 27.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 26, em que o bloco de conexão de campo é acoplado de maneira operável a um conversor de potência que é acoplado de maneira operável ao controlador de motor. 28.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 26, em que o bloco de conexão de campo é um bloco de conexão de campo universal. 29.Atuador de válvula que compreende: um bloco de conexão de campo universal; um conversor de potência operável para receber uma fonte de alimentação; um motor de velocidade variável; um controlador de motor de estado sólido conectado de maneira operável ao conversor de potência e o controlador de motor configurável para operar o motor de velocidade variável; e um dispositivo de frenagem conectado de maneira operável ao motor de velocidade variável; sendo que o dispositivo de frenagem é compreendido de um conjunto de engrenagens. 30.Atuador de válvula que compreende: um alojamento; um controlador de motor; um motor de velocidade variável com um eixo de saída, em que o motor de velocidade variável é configurado para controle pelo controlador de motor; e o controlador de motor e o motor de velocidade variável integrados dentro do alojamento; e um trem de engrenagens fora do alojamento e acoplado de maneira operável ao eixo de saída. 31.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 30, que compreende adicionalmente um conversor de potência acoplado de maneira operável ao controlador de motor. 32.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 30, em que o alojamento é um alojamento de motor. 33.Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 32, em que o motor alojamento está dentro de um alojamento de atuador. 34.Sistema para atuar uma válvula, sendo que o sistema compreende: um atuador de válvula, em que o atuador de válvula compreende: um motor, em que o motor compreende um eixo de saída; e um controlador de motor de estado sólido conectado de maneira operável ao motor e capaz de operar o motor em velocidades e torques variáveis; e um conjunto de engrenagens acoplado ao eixo de saída do motor. 35.Método de operar um atuador de válvula, sendo que o método compreende: fornecer um atuador de válvula que compreende um controlador de motor de estado sólido conectado de maneira operável a um motor de velocidade variável, em que um conjunto de engrenagens é conectado de maneira operável ao motor de velocidade variável; ajustar a velocidade no controlador de motor de estado sólido na qual o motor de velocidade variável será acionado pelo controlador de motor de estado sólido quando o atuador de válvula for operado; e travar o motor de velocidade variável com o conjunto de engrenagens contra cargas de direção posterior no caso de uma falha de alimentação. 36.Método, de acordo com a reivindicação 35, que compreende adicionalmente ajustar o torque no controlador de motor de estado sólido que será gerado pelo motor de velocidade variável quando o atuador de válvula for operado. 37.Método de atuação de um atuador de válvula eletricamente acionado, sendo que o método compreende: receber um sinal de comando em um controlador de atuador de válvula de estado sólido conectado de maneira operável ao atuador de válvula eletricamente acionado que inclui um conjunto de engrenagens, em que o atuador de válvula eletricamente acionado é capaz de operar em velocidade variável; receber um sinal de realimentação no controlador de atuador de válvula de estado sólido; determinar se há uma diferença entre o sinal de comando e o sinal de realimentação; e minimizar qualquer diferença entre o sinal de comando e o sinal de realimentação atuando o atuador de válvula eletricamente acionado. 38.Método, de acordo com a reivindicação 37, em que o sinal de comando compreende um sinal de ponto de ajuste de variável de processo e o sinal de realimentação compreende um sinal de realimentação de variável de processo. 39.Método, de acordo com a reivindicação 38, em que a minimização de qualquer diferença entre o sinal de comando e o sinal de realimentação queatuaoatuadordeválvulaeletricamente acionado compreendeatuaroatuadordeválvulaeletricamente acionado a uma velocidade constante. 40.Método, de acordo com a reivindicação 39, em que a velocidade constante é determinada pelo controlador de atuador de válvula. 41.Método, de acordo com a reivindicação 39, em que a velocidade constante é ajustada por um operador. 42.Método, de acordo com a reivindicação 38, em que a minimização de qualquer diferença entre o sinal de comando e o sinal de realimentação atuando o atuador de válvula eletricamente acionado compreende atuar o atuador de válvula eletricamente acionado em um torque constante. 43.Método, de acordo com a reivindicação 38, em que a minimização de qualquer diferença entre o sinal de comando e o sinal de realimentação atuando o atuador de válvula eletricamente acionado compreende atuar o atuador de válvula eletricamente acionado a velocidades variadas ao longo do comprimento de um curso de válvula. 44.Método, de acordo com a reivindicação 43, em que as velocidades variadas ou velocidades máximas permitidas são determinadas por um usuário. 45.Método, de acordo com a reivindicação 43, em que as velocidades variadas são determinadas pelo controlador de atuador de válvula. 46.Método, de acordo com a reivindicação 37, em que o sinal de comando compreende sinais de comando de posição e o sinal de realimentação compreende sinais de posição de motor. 47.Método, de acordo com a reivindicação 46, em que o sinal de posição de motor é enviado de um controlador de motor. 48.Método, de acordo com a reivindicação 46, em que o sinal de posição de motor é o resultado de uma consulta do controlador de atuador de válvula. 49.Método, de acordo com a reivindicação 37, em que o controlador de atuador de válvula é capaz de controle proporcional, controle integral e proporcional, controle derivativo e proporcional, ou controle derivativo e integral e proporcional. 50.Método, de acordo com a reivindicação 37, em que o controlador de atuador de válvula é integrado dentro de um alojamento do atuador de válvula eletricamente acionado. 51.Método, de acordo com a reivindicação 37, em que o sinal de realimentação compreende um sinal a partir do qual a velocidade, torque, ou posição pode ser determinada.

[00064] Embora mostradas com particularidade, as técnicas e modalidades supracitadas são mais completamente explicadas e a invenção descrita pelas seguintes reivindicações. É óbvio para um elemento versado na técnica que inúmeras e variadas alterações podem ser feitas nas técnicas e modalidades supracitadas sem que se abandone o espírito e escopo da invenção. Portanto, a invenção é apenas limitada pelas reivindicações.

Claims

1.Atuador de válvula (100) que compreende: um motor de velocidade variável (10); caracterizado por um controlador de motor de estado sólido (20) conectado de maneira operável ao motor de velocidade variável (10) e configurável para operar o motor de velocidade variável (10) de forma a fornecer um curso de válvula com um torque que varia continuamente ao longo de substancialmente todo o curso de válvula; um dispositivo de frenagem conectado de maneira operável ao motor de velocidade variável (10), o dispositivo de frenagem compreendido de um conjunto de engrenagem (40) travando o motor de velocidade variável (10) contra as cargas de direção posterior no caso de uma falha de alimentação; um conversor de potência (30) configurado para receber entrada elétrica de uma fonte de alimentação (90) e para emitir uma alimentação elétrica para o controlador de motor de estado sólido (20); e um alojamento (70), em que o motor de velocidade variável (10), o controlador de motor de estado sólido (20) e o conversor de potência (30) estão integrados dentro do alojamento (70).

2.Atuador de válvula (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor de velocidade variável (10) é selecionado a partir do grupo que consiste em um motor de relutância síncrono CA com realimentação de posição de motor, um motor de relutância síncrono CA sem realimentação de posição de motor, um motor sem escova CC com realimentação de posição de motor, e um motor sem escovas CC sem realimentação de posição de motor.

3.Atuador de válvula (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor de velocidade variável (10) é um motor CA selecionado a partir do grupo que consiste em: motores de indução monofásicos, motores de indução polifásicos, motores de rotor bobinado, motores de múltiplas velocidades, motores de torque constante, motores de torque variável, motores universais, motores de histerese síncrona, motores síncronos excitados por CC, servomotores, servomotores sem escovas, e motores lineares.

4.Atuador de válvula (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor de velocidade variável (10) é um motor CC selecionado a partir do grupo que consiste em: enrolados em derivação, enrolados em série, de enrolamento composto, motores CC sem escovas, motores lineares, motores lineares sem escovas, motores sem núcleo, motores de anel, motores tipo panqueca, motores de torque de ângulo limitado, motores de passo de ímã permanente, motores de relutância variável, motores de relutância chaveados, e servomotores.

5.Atuador de válvula (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conversor de potência (30) compreende um conversor de potência universal configurado para converter qualquer tipo de tensão e corrente comumente usado em uma forma utilizável pelo controlador de motor de estado sólido (20).

6.Atuador de válvula (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um controlador de atuador de válvula (50) integrado dentro do alojamento (70).

7.Atuador de válvula (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o controlador de atuador de válvula (50) é integral ao atuador de válvula (100).

8.Atuador de válvula (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o controlador de motor de estado sólido (20) é integrado dentro do controlador de atuador de válvula (50).

9.Atuador de válvula (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um bloco de conexão de campo acoplado de maneira operável ao controlador de motor de estado sólido (20).

10.Atuador de válvula (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um bloco de conexão de campo universal para conectar eletricamente o conversor de potência (30) a uma fonte de alimentação (90).

11.Sistema para atuar uma válvula, o sistema caracterizado pelo fato de que compreende: um atuador de válvula (100) como definido na reinvindicação 1, em que o motor de velocidade variável (10) compreende um eixo de saída; e em que o conjunto de engrenagem (40) é acoplado ao eixo de saída do motor de velocidade variável (10).

12.Sistema para atuar uma válvula, sendo que o sistema compreende: um atuador de válvula (100), em que o atuador de válvula (100) é caracterizado por: um motor de velocidade varável (10), em que o motor de velocidade variável (10) compreende um eixo de saída; e um controlador de motor de estado sólido (20) conectado de maneira operável ao motor de velocidade variável (20) e capaz de operar o motor de velocidade variável (10) em velocidades e torques variáveis de forma a fornecer um curso de válvula com um torque que varia continuamente ao longo de substancialmente todo o curso de válvula; e um conjunto de engrenagens (40) acoplado ao eixo de saída do motor, o conjunto de engrenagem (40) travando o motor de velocidade variável (10) contra as cargas de direção posterior no caso de uma falha de alimentação.

13.Método de operação de um atuador de válvula (100), sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer o atuador de válvula (100) como definido na reivindicação 1; e ajustar o perfil de velocidade no controlador de motor de estado sólido (20) na qual o motor de velocidade variável (10) será acionado pelo controlador de motor de estado sólido (20) quando o atuador de válvula (100) for operado.

14.Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente ajustar o torque no controlador de motor de estado sólido que será gerado pelo motor de velocidade variável (10) quando o atuador de válvula (100) for operado.

15.Método de atuação de um atuador de válvula (100) eletricamente acionado, sendo que o método compreende: fornecer potência elétrica para um controlador de atuador de válvula de estado sólido (50) com um conversor de potência (30), em que o controlador de atuador de válvula de estado sólido (50) e o conversor de energia (30) são integrados dentro de um alojamento (70); caracterizado por receber um sinal de comando no controlador de atuador de válvula de estado sólido (50) conectado de maneira operável ao atuador de válvula (100) eletricamente acionado que inclui um conjunto de engrenagens (40), o conjunto de engrenagem (40) travando atuador de válvula (100) eletricamente acionado contra as cargas de direção posterior no caso de uma falha de alimentação, em que o atuador de válvula (100) eletricamente acionado é capaz de variar continuamente o torque ao longo de substancialmente todo o curso de válvula; receber um sinal de realimentação (15,16,17) no controlador de atuador de válvula de estado sólido (50); determinar se há uma diferença entre o sinal de comando e o sinal de realimentação (15, 16, 17); e minimizar qualquer diferença entre o sinal de comando e o sinal de realimentação (15, 16, 17) atuando o atuador de válvula (100) eletricamente acionado.

16.Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o sinal de comando compreende um sinal de ponto de ajuste de variável de processo e o sinal de realimentação (15, 16, 17) compreende um sinal de realimentação de variável de processo (15, 16, 17).

17.Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que minimizar qualquer diferença entre o sinal de comando e o sinal de realimentação (15, 16, 17) atuando o atuador de válvula (100) eletricamente acionado compreende atuar o atuador de válvula (100) eletricamente acionado a uma velocidade constante.

18.Método, de acordo com a reivindicação16, caracterizado pelo fato de que minimizar qualquer diferença entre o sinal de comando e o sinal de realimentação (15, 16, 17) atuando o atuador de válvula (100) eletricamente acionado compreende atuar o atuador de válvula (100) eletricamente acionado em velocidades variadas ao longo do comprimento de um curso de válvula.

19.Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o sinal de comando compreende um sinal de comando de posição e o sinal de realimentação (15, 16, 17) compreende um sinal de posição de motor.