BRPI0910824B1 - Método para controlar o posicionamento de um acionador eletromecânico para válvulas compressoras de movimento alternado. - Google Patents

Método para controlar o posicionamento de um acionador eletromecânico para válvulas compressoras de movimento alternado. Download PDF

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Abstract

"método para controlar o posicionamento de um acionador eletromecânico para válvulas compressoras de movimento alternado". trata-se de um método para controlar o posicionamento de um acionador eletromecânico para válvulas compressoras de movimento recíproco, o referido acionador compreendendo um membro (302) móvel em uma direção paralela à direção para abrir e fechar o meio obturador da referida válvula (12) entre uma posição correspondente à posição fechada e outra correspondente à posição aberta do referido meio obturador (11 ), o referido membro (302) sendo munido de um meio (322) capaz de agir sobre o referido meio obturador (11) e de uma parte magnetizável (312) que trabalha em conjunto com dois eletroímãs (1 02, 202) e é disposta em equilíbrio entre eles por meios adequados. .

Description

“MÉTODO PARA CONTROLAR O POSICIONAMENTO DE UM ACIONADOR ELETROMECÂNICO PARA VÁLVULAS COMPRESSORAS DE MOVIMENTO ALTERNADO” [001] A presente invenção se refere a válvulas e, em especial, a válvulas para compressores de movimento alternado; mais especificamente, a presente invenção se refere a um método para controlar um acionador eletromecânico para as referidas válvulas.
[002] O pedido de patente no WO-A-2008 000698 depositado pelo mesmo requerente, descreve um aparelho para regular continuamente o fornecimento de um compressor de movimento alternado que possui pelo menos uma câmara de compressão que aloja por deslizamento um meio de pistão móvel de movimento alternado, a referida câmara sendo munida de pelo menos uma válvula de admissão para o fluido que será comprimido e pelo menos uma válvula de descarga para o fluido comprimido, a referida válvula de descarga sendo conectada a um tanque para armazenar o fluido comprimido, e a referida válvula de admissão sendo munida de um meio de deslocamento capaz de agir sobre o obturador dela mesma, o referido meio de deslocamento sendo móvel em uma direção perpendicular ao plano do referido obturador e trabalhando junto com um acionador móvel na mesma direção com um movimento alternado por intermédio de um meio de operação adequado; o referido meio de operação permite controlar a velocidade de deslocamento do referido acionador em ambos os sentidos do seu movimento; o aparelho incluindo um meio para detectar a posição do referido acionador, um meio para detectar a posição do pistão dentro da câmara de compressão e um meio para detectar a pressão dentro do tanque, os referidos meios de detecção e o referido meio para operar o acionador sendo conectados a uma unidade de processamento central.
[003] O acionador é usado para controlar o fechamento da válvula de admissão em relação ao ponto de fechamento durante o fornecimento máximo. O gás que entra no cilindro flui de volta à linha de admissão em uma quantidade proporcional à seção do curso de compressão em que a válvula de admissão é mantida aberta.
[004] Durante a operação, a unidade de controle recebe um grande número de sinais (permissão, iniciação, posicionamento, abertura) que são processados a fim de determinar o tipo de controle que será usado.
[005] Para operar a parte móvel do referido acionador, são incluídos dois eletroímãs cujas tensões elétricas são reguladas a fim de controlar o posicionamento da parte móvel supramencionada.
[006] Quando usamos o acionador eletromecânico, é extremamente difícil de se controlar o movimento da parte móvel visto que não há pontos de equilíbrio estáveis nas proximidades dos pontos de contato. Além disso, é necessário garantir um tempo de transição baixo, e a potência usada pelo acionador deve ser insignificante em comparação à armazenada pelo compressor.
[007] As posições de equilíbrio, a saber, os pontos de interseção entre a força das molas e a força em razão dos ímãs, são instáveis nas proximidades dos eletroímãs. Na verdade, uma perturbação que diminua a distância acelera o induzido contra o ímã já que a força magnética depende do quadrado da distância, ao passo que a força das molas depende linearmente da posição. Nessa situação, obtêm-se velocidades de contato elevadas se não se diminuir a corrente com rapidez. O afastamento do ímã diminui a força, e, se a corrente não for controlada adequadamente, o induzido assumirá a posição de equilíbrio próxima à posição intermediária.
[008] Ademais, quando o induzido se aproxima do ímã, a constante de tempo da parte elétrica é comparável aos tempos de transição para limitar o efeito de entradas nas saídas.
[009] O objetivo da presente invenção é o de oferecer um método que permita controlar o posicionamento das partes móveis do acionador, ao mesmo tempo em que se limita a velocidade de contato e otimiza o movimento do acionador em si em relação aos requisitos funcionais da válvula.
[010] Sendo assim, a presente invenção refere-se a um método para controlar o posicionamento de um acionador elétrico para válvulas de compressores de movimento alternado compreendendo um membro móvel em paralelo à direção de abertura e fechamento do meio obturador da referida válvula entre uma posição correspondente à posição fechada e outra correspondente à posição aberta do referido meio obturador, o referido membro sendo munido de uma parte magnetizável que coopera com dois solenoides e disposta em equilíbrio entre eles por meios adequados, o referido método sendo caracterizado por compreender as etapas de: a) liberação para a abertura: os solenoides são energizados para permitir a separação da parte do membro móvel de um dos dois solenoides e causar seu deslocamento rumo ao outro solenoide; b) abertura com controle da corrente: o membro móvel, em decorrência da ação dos solenoides, move-se rumo à posição para abrir o meio obturador da válvula; c) abertura com controle da posição: regula-se a corrente nos solenoides para frear o membro móvel durante o trajeto final de seu percurso; d) manutenção na posição aberta: o membro móvel se mantém na posição para abrir o meio obturador da válvula por um dado período de tempo; e) liberação para o fechamento: os solenoides são energizados para permitir a separação da parte do membro móvel de um dos dois solenoides e causar seu deslocamento rumo ao outro solenoide; f) fechamento com controle da corrente: o membro móvel, em decorrência da ação dos solenoides, move-se rumo à posição para fechar o meio obturador da válvula; g) fechamento com controle da posição: regula-se a corrente nos solenoides para frear o membro móvel durante o trajeto final de seu percurso; h) manutenção na posição fechada: o membro móvel se mantém na posição para fechar o meio obturador da válvula até a geração de um novo sinal de transição para se executar a etapa (a) mais uma vez.
[011] A invenção também se refere a um dispositivo capaz de implementar o método descrito acima compreendendo uma unidade de processamento conectada ao meio para detectar a posição do membro móvel do referido acionador e a um meio para detectar a resistência da corrente que flui nos dois solenoides, a referida unidade de processamento sendo caracterizada por: um módulo para transmitir sinais de permissão e iniciação; um módulo de memória não-volátil que armazena o programa para processar os dados obtidos e os valores de referência predefinidos, um módulo para gerar a trajetória do referido membro móvel, um módulo para ajustar a posição do referido membro móvel, um módulo para regular a corrente que controla uma fonte de alimentação conectada a uma entrada de alimentação de energia conectada a um insumo de alimentação de energia e aos meios para detectar a resistência da corrente que flui nos referidos solenoides.
[012] Outros aspectos característicos transparecerão pela leitura da descrição de uma concretização da presente invenção a seguir, apresentada a título de exemplo e sem limitações, com referência aos desenhos anexos, nos quais: [013] A Figura 1 é um diagrama esquemático em blocos que ilustra o dispositivo para controlar o acionador de acordo com a presente invenção; e [014] A Figura 2 é um diagrama esquemático que ilustra a sequência de etapas do método de acordo com a presente invenção.
[015] Na Figura 1, o número 1 indica o dispositivo para controlar o acionador de acordo com a presente invenção, o qual é um microprocessador munido de um módulo 101 para transmitir sinais de permissão, iniciação e bloqueio de abertura que se comunica com um módulo de memória lógica 301, isto é, um módulo que armazena o programa que gerencia a execução do método de acordo com a invenção. O módulo 301 é conectado a um módulo 601 para gerar a trajetória do membro móvel, que, por sua vez, se comunica com o módulo de ajuste de posicionamento 501; além disso, um módulo 401 armazena a posição e valores de corrente predefinidos. Os dados do posicionamento real, fornecidos pelo sensor 901, permitem, por meio do módulo de ajuste de posicionamento 501, definir o valor de referência para o módulo de regulação da corrente 701.
[016] Os dados da corrente real, fornecidos pela fonte de alimentação 801 conectada ao insumo de alimentação de energia 201, podem ser usados pelo módulo de regulação de corrente 701 para controlar a corrente que flui nos dois ímãs. Por meio dos dados de posicionamento fornecidos pelo sensor 901 e pelo gerador de trajetória 601, o módulo 101 gerencia o valor de referência do módulo de regulação de corrente 701 por meio do módulo de seleção 311.
[017] O acionador 2 é conectado à câmara 10 do compressor de forma oposta à sede da válvula 12 e compreende um membro móvel 302 (no exemplo ilustrado uma haste), que, em uma extremidade, possui dedos 322, que agem sobre o obturador 11 da válvula, e, na extremidade oposta, coopera com o sensor de posicionamento 901 conectado ao microprocessador 1. O membro móvel 322 é munido de uma placa radial magnetizável 312 disposta entre dois solenoides 102 e 202, ambos conectados à fonte de alimentação 801 do microprocessador 1.
[018] A Figura 2 ilustra esquematicamente as etapas do método de acordo com a presente invenção; nela, as linhas 20, 21 no eixo X representam intervalos no tempo, ao passo que a curva 22 representa a corrente que flui através do ímã 202, a curva 23 representa a corrente no ímã 102, e a curva 24 representa a posição do membro móvel 302. As várias etapas, indicadas pelas letras de (a) a (h), são representadas simbolicamente pelos diagramas numerados de 30 a 37, que ilustram as posições assumidas pela placa magnetizável 312 do membro móvel 302 em relação aos dois ímãs 102, 202. Abaixo, analisamos todas as etapas do método de acordo com a invenção.
[019] a) Liberação para a abertura: o controle das tensões elétricas alimentadas aos dois eletroímãs depende da corrente de referência definida: no eletroímã superior, a referida corrente será negativa, ao passo que, no eletroímã inferior, será positiva. A transição para a próxima etapa ocorre quando a parte móvel passa a uma posição predefinida. Em essência, nesta etapa, os ímãs 102, 202 são energizados e as posições são as ilustradas no diagrama 30; a etapa termina quando a placa magnetizável 312 separa-se do ímã 102.
[020] b) Abertura com controle da corrente: o controle das tensões elétricas alimentadas aos dois eletroímãs depende da corrente de referência definida: no eletroímã superior, a referida corrente será nula, ao passo que, no eletroímã inferior, será positiva. A transição para a próxima etapa ocorre quando a placa magnetizável passa a uma posição predefinida na região da posição de equilíbrio.
[021] c) Abertura com controle da posição: o controle da tensão elétrica alimentada ao eletroímã superior depende da corrente de referência definida. Já o controle da tensão elétrica alimentada ao ímã inferior depende da corrente de referência fornecida pelo controlador de posicionamento; como se pode perceber, a corrente no eletroímã inferior diminui à medida que a placa magnetizável se aproxima dele.
[022] A transição para a próxima etapa ocorre quando a parte móvel passa a uma posição predefinida que, como se pode ver no diagrama 32, é a posição em que a placa magnetizável e o ímã inferior fazem contato um com o outro.
[023] d) Manutenção na posição aberta: o controle da tensão elétrica alimentada ao eletroímã superior depende da corrente de referência definida. Já o controle da tensão elétrica alimentada ao eletroímã inferior depende da corrente de referência fornecida pelo controlador de posicionamento. A transição para a próxima etapa ocorre quando o tempo definido na unidade de controle expira. Vale observar que esta etapa pode ser prolongada de acordo com o necessário em termos de duração pela entrada de um sinal de abertura pelo módulo microprocessador 101. O procedimento será retomado quando da inserção do comando adequado.
[024] e) Liberação para o fechamento: o controle das tensões elétricas alimentadas aos dois eletroímãs depende da corrente de referência definida: no eletroímã superior, a referida corrente será positiva, ao passo que, no eletroímã inferior, será negativa. Como se pode ver no diagrama 34 e nas curvas 22 e 23, esta etapa é substancialmente oposta à etapa (a), pois a corrente nos dois ímãs é substancialmente inversa. A transição para a próxima etapa ocorre quando as partes móveis passam a uma posição predefinida que coincide com a separação da parte móvel do ímã inferior.
[025] f) Fechamento com controle da corrente: o controle das tensões elétricas alimentadas aos dois eletroímãs depende da corrente de referência definida: no eletroímã inferior, a referida corrente será nula, ao passo que, no eletroímã superior, será positiva. A transição para a próxima etapa ocorre quando a parte móvel passa a uma posição predefinida. Esta etapa é substancialmente uma repetição da etapa (b), como se pode ver tanto pelo diagrama 35 quanto pelas curvas 22, 23 e 24.
[026] g) Fechamento com controle da posição: o controle da tensão elétrica alimentada ao eletroímã inferior depende da corrente de referência definida. Já o controle da tensão elétrica alimentada ao eletroímã superior depende da corrente de referência fornecida pelo controlador de posicionamento. A transição para a próxima etapa ocorre quando a parte móvel passa a uma posição predefinida. Assim como descrito em relação à etapa (c), nesta etapa, a placa magnetizável 312 também se aproxima do ímã superior 102 até fazer contato com ele, ao passo que a corrente que flui através dele diminui com a aproximação da referida placa.
[027] h) Manutenção na posição fechada: o controle da tensão elétrica alimentada ao eletroímã inferior 202 depende da corrente de referência definida. Já o controle da tensão elétrica alimentada ao eletroímã inferior depende da corrente de referência fornecida pelo controlador de posicionamento. A transição para a etapa (a) ocorre quando o sinal de execução de posicionamento muda.
[028] A fim de aumentar a repetitividade do sistema, eliminando-se a influência da indução residual, o método de controle do posicionamento também é caracterizado por uma entrada de corrente que não altera a dinâmica mecânica do sistema. A referida entrada de corrente é ativada quando a parte móvel afasta-se o bastante do eletroímã em questão; como se pode ver no gráfico da Figura 2, durante a transição entre as etapas (c) e (d) e entre as etapas (g) e (h), respectivamente, o ímã oposto ao que faz contato com a placa magnetizável 312 (isto é, no primeiro caso, o ímã superior 102 e, no segundo caso, o ímã inferior 202) são submetidos a uma corrente altamente negativa por um dado período de tempo, conforme indicam os picos 230 e 220, respectivamente.
[029] Em termos mais genéricos, pode-se dizer que, quando a distância do membro móvel em relação a um eletroímã é superior a um dado valor, aplica-se uma corrente de referência negativa a ele por um dado período de tempo.
[030] O método de acordo com a presente invenção é convenientemente implementado na forma de um programa adequado no módulo 301 do microprocessador 1, programa este que processa os dados por meio de uma malha de controle de posição, que tem como entrada a posição de referência, gerada pelo gerador de trajetória 601, e a posição real, detectada pelos meios de detecção 901, e por meio de uma malha de controle de corrente, que tem como entrada a corrente de referência, resultante dos valores predefinidos 401 ou advindos do módulo de posicionamento, e a corrente real, detectada pelos meios de detecção 811, a fim de reenviar sinais de comando adequados para controlar as forças geradas pelos dois eletroímãs 102, 202 de acordo com uma dada trajetória.
REIVINDICAÇÕES

Claims (10)

1. Método para controlar o posicionamento de um acionador eletromecânico para válvulas compressoras de movimento recíproco, o referido acionador compreendendo um membro (302) que pode se mover em paralelo à direção para abrir e fechar o meio obturador da referida válvula (12) entre uma posição correspondente à posição fechada e outra correspondente à posição aberta do referido meio obturador (11), o referido membro (302) sendo munido de um meio (322) capaz de agir sobre o referido meio obturador (11) e de uma parte magnetizável (312) que trabalha em conjunto com dois eletroímãs (102, 202) e é disposta em equilíbrio entre eles por meios adequados, caracterizado por compreender as seguintes etapas operacionais de: a) liberação para a abertura: os ímãs (102, 202) são energizados a fim de permitir a separação da parte (312) do membro móvel (302) do ímã (102) mais distante da referida válvula (12) e causar seu deslocamento rumo ao outro ímã (202); b) abertura com controle da corrente: o membro móvel (302), em decorrência da ação dos ímãs (102, 302), move-se rumo à posição para abrir o meio obturador (11) da válvula (12); c) abertura com controle da posição: a corrente nos ímãs (102, 202) é regulada para frear o membro móvel (302) durante o trajeto final do seu percurso; d) manutenção na posição aberta: o membro móvel (302) se mantém na posição para abrir o meio obturador (11) por um dado período de tempo; e) liberação para o fechamento: os ímãs (102, 202) são energizados para permitir a separação do membro móvel do ímã (202) mais próximo da referida válvula (12) e causar seu deslocamento rumo ao outro ímã (102); f) fechamento com controle da corrente: o membro móvel (302), em decorrência da ação dos ímãs (102, 202), move-se rumo à posição para fechar o meio obturador (11) da válvula (12); g) fechamento com controle da posição: a corrente nos ímãs (102, 202) é regulada para frear o membro móvel (302) durante o trajeto final do seu percurso; h) manutenção na posição fechada: o membro móvel (302) se mantém na posição para fechar o meio obturador (11) da válvula (12) até a geração de um novo sinal de transição para se executar a etapa (a) mais uma vez.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, quando a distância do membro móvel (302) de um eletroímã (102 ou 202) é superior a um dado valor, uma corrente de referência negativa é aplicada ao dito eletroímã (102 ou 202) por um dado período de tempo.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) é realizada transmitindo-se, ao ímã (102) mais distante da referida válvula (12), uma corrente de referência negativa e uma corrente de referência positiva ao outro imã (202).
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a etapa (b) é realizada transmitindo-se, ao ímã (102) mais distante da referida válvula (12), uma corrente de referência nula e, ao outro ímã (202), uma corrente de referência positiva.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) é realizada transmitindo-se, ao ímã (102) mais distante da referida válvula (12), uma corrente de referência nula e, ao outro ímã (202), uma corrente de referência que varia dependendo da distância da parte magnetizável (312) do referido membro móvel (302) em relação ao referido ímã (202).
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a etapa (e) é realizada transmitindo-se, ao ímã (202) mais próximo da referida válvula (12), uma corrente de referência negativa e, ao outro ímã (102), uma corrente de referência positiva.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a etapa (f) é realizada transmitindo-se, ao ímã (202) mais próximo da referida válvula (12), uma corrente de referência nula e, ao outro ímã (102), uma corrente de referência positiva.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a etapa (g) é realizada transmitindo-se, ao ímã (202) mais próximo da referida válvula (12), uma corrente de referência nula e, ao outro ímã (102), uma corrente de referência que varia dependendo da distância da parte magnetizável (312) do referido membro móvel (302) em relação ao referido ímã (202).
9. Dispositivo capaz de realizar o método conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado por compreender uma unidade de processamento (1) conectada a um meio (901), que serve para detectar a posição do membro móvel (302) do referido acionador (2), e a um meio (811), que serve para detectar a resistência da corrente que flui nos referidos dois ímãs (102, 202), a referida unidade de processamento (1) compreendendo: um módulo (101) para transmitir sinais de permissão e iniciação; um módulo de memória não-volátil (301) que armazena o programa para processar os dados obtidos e os valores de referência predefinidos (401), um módulo (601) para gerar a trajetória do referido membro móvel (302), um módulo (501) para ajustar a posição do referido membro móvel, um módulo (701) para regular a corrente que controla uma fonte de alimentação (801) conectada a um insumo de alimentação de energia (201) e aos meios (811) que detectam a resistência da corrente que flui nos referidos ímãs (102, 202).
10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o referido programa processa os dados por meio de uma malha de controle de posição, que tem como entrada a posição de referência, gerada pelo gerador de trajetória (601), e a posição real, detectada pelos meios de detecção (901), e por meio de uma malha de controle de corrente, que tem como entrada a corrente de referência, resultante dos valores predefinidos (401) ou dos dados do módulo de posicionamento, e a corrente real, detectada pelos meios de detecção (811), a fim de reenviar sinais de comando adequados capazes de controlar as forças geradas pelos dois eletroímãs (102, 202) de acordo com uma dada trajetória.
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