BRPI1003901B1

BRPI1003901B1 - sistema e método de monitoração e controle de um motor elétrico sem escovas

Info

Publication number: BRPI1003901B1
Application number: BRPI1003901A
Authority: BR
Inventors: Jeske Edson
Original assignee: Embraco Ind De Compressores E Solucoes E Refrigeracao Ltda; Whirlpool Sa
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2019-10-22
Also published as: US20130300329A1; ES2710749T3; CN102570942A; TR201901790T4; BRPI1003901A2; EP2622731B1; CN102570942B; JP2013538034A; WO2012040805A2; US9160263B2; EP2622731A2; WO2012040805A3; KR20130108504A

Abstract

sistema e método de monitoração e controle de um motor elétrico sem escovas a presente invenção refere-se a um sistema de monitoração e controle de um motor sem escovas (100). tal motor (100) é trifásico e associável a uma fonte de alimentação elétrica por meio de um circuito retificador. o sistema compreende pelo menos um conjunto atuador (200) associa- do operativamente ao motor (100) e ao circuito retificador. o dito circuito reti- ficador é configurado para prover uma tensão de barramento (vbar) contínua e uma tensão de referência (vref) contínua ao conjunto atuador (200). o dito conjunto atuador (200) compreende chaves de acionamento (sw16) configu- radas para energizar duas fases (fa,fb; fa,fc; fb,fc) do motor (100) si- multaneamente. além disso, o sistema compreende também pelo menos um observador de tensão (300), associado operativamente ao motor (100) e aoconjunto atuador (200), capaz de permitir a monitoração de uma tensão in- duzida em uma fase não energizada (fg; fb; fa) do motor (100). adicio- nalmente, o sistema compreende ainda pelo menos uma unidade de contro- le (400) associada operativamente ao observador de tensão (300). tal uni- dade de controle (400) é configurada para comandar a abertura de uma de- terminada chave de acionamento (sw16) do conjunto atuador (200) por um determinado intervalo de tempo para interromper o fornecimento de energia ao motor (100), quando a medição da tensão induzida na fase não energiza- da (fc; fb; fa) do motor (100) apresentar um valor compreendido por um intervalo de tensão preestabelecido(dv). a presente invenção refere-se também a um método capaz de identificar o surgimento de correntes transitórias em uma bobina de uma fa- se não energizada (fc; fb; fa) de um motor elétrico sem escovas (100), a fim de proporcionar a extinção das mesmas

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA E MÉTODO DE MONITORAÇÃO E CONTROLE DE UM MOTOR ELÉTRICO SEM ESCOVAS.

[001] A presente invenção refere-se a um sistema de monitoração e controle, capaz de impedir a formação de sobrecorrentes transitórias indesejadas em um motor elétrico sem escovas, a fim de otimizar a sua eficiência operacional quando este estiver submetido a cargas que apresentam um transitório de torque relativamente elevado.

[002] A presente invenção refere-se também a um método de monitoração e controle de um motor elétrico sem escovas, que possibilita evitar a desmagnetização dos ímãs do motor e prevenir ainda a danificação de seus componentes internos quando da ocorrência de correntes transitórias internas indesejadas no dito motor.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA [003] Atualmente, motores elétricos de ímã permanente do tipo sem escova (Brushless DC ou BLDC) são cada vez mais utilizados em aplicações que requerem robustez de operação aliada a alta eficiência e baixo custo. O principio de funcionamento de um motor BLDC é similar ao de um motor de corrente contínua (DC) convencional com escovas, porém, no BLDC os magnéticos são montados no rotor do motor, e, no estator, é instalado um conjunto de bobinas responsável pela produção do campo girante capaz de prover um movimento rotacional ao motor. Além disso, diferentemente do motor DC convencional, onde as bobinas são acionadas de forma sequencial por um sistema comutador com escovas, no motor BLDC, o acionamento das bobinas é feito por um sistema eletrônico e deve ser sincronizado de acordo com a posição do rotor em relação ao estator.

[004] Nesse sentido, para que um motor BLDC possa ser controlado por um sistema eletrônico, a posição do rotor deve ser conhecida, a fim de permitir a determinação dos instantes de comutação das bobinas do motor. Tal posição do rotor pode ser obtida com o uso de sensores acoplados ao motor, como, por exemplo, sensores de efeito HALL e codificadores (encoders) adequados, que proporcionam um controle preciso do motor, porém,

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2/25 apresentam um custo elevado. Em determinadas aplicações, como, por exemplo, em compressores para refrigeração, o custo, fatores construtivos e de confiabilidade tornam o uso de tais sensores praticamente inviável.

[005] Por outro lado, uma técnica amplamente difundida e utilizada para o controle de motores BLDC consiste na utilização da informação das próprias bobinas do motor para estimar a posição do rotor em relação ao estator. Tal técnica é conhecia como controle Sensorless (sem sensor), uma vez que ela não utiliza nenhum tipo de dispositivo de sensoriamento projetado especificamente pare esta finalidade. Em linhas gerais, essa técnica se baseia na premissa de que em um motor trifásico com acionamento simultâneo de somente duas bobinas, haverá uma variação de fluxo magnético capaz de induzir uma tensão na fase não energizada do motor, em virtude de seu movimento rotacional. A amplitude desta tensão, por sua vez, possui relação direta com a posição do rotor em relação ao estator, e, portanto, ela pode ser utilizada para estimar um instante de comutação para a próxima posição do motor.

[006] Já são conhecidas algumas técnicas para tratamento das tensões induzidas no controle Sensorless, de forma a permitir o sensoriamento da posição, a fim de proporcionar o controle do motor.

[007] Por exemplo, o pedido de patente norte-americano US 2004/ 0263109 descreve uma estratégia de controle considerando as tensões induzidas em um motor BLDC, porém ela funciona somente com o motor em movimento, ou seja, quando o motor já estiver com velocidade rotacional suficiente, onde as tensões induzidas possuem uma amplitude mínima para permitir o uso da técnica. Caso o motor esteja em uma outra condição de operação, é necessário o uso de outras técnicas capazes de proporcionar a sua movimentação, até que seja possível a detecção das tensões induzidas. [008] O documento de patente Japonês JP 55005035 descreve uma técnica para realizar a partida de motores BLDC com controle Sensorless. Tal técnica consiste em aplicar uma corrente nas bobinas do motor em uma determinada sequência, aumentando gradualmente a frequência de comutação entre as posições do motor, até o motor atingir uma velocidade suficien

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3/25 te para que as tensões induzidas possam ser monitoradas. A partir deste momento, o motor entra em um modo auto-controlado, onde as comutações passam a ocorrer baseadas nas tensões induzidas. Uma desvantagem deste método é que durante o procedimento de partida pode haver uma perda de sincronismo, uma vez que não há monitoração das tensões induzidas. Esta perda de sincronismo pode gerar correntes transitórias elevadas, o que pode causar a desmagnetização do motor. Outra desvantagem é que essa técnica é muito sensível a variações de carga, perdendo facilmente o sincronismo quando operado em condições diferentes de torque de partida.

[009] A patente norte-americana US 5,019,756 descreve uma técnica que apresenta quatro etapas distintas para acionamento de um motor BLDC, até que ele esteja em funcionamento no modo auto-pilotado, onde o controle de velocidade é feito de acordo com as tensões induzidas do motor. Na primeira etapa, é aplicada uma corrente em um arranjo de bobinas do motor, iniciando de zero até um valor máximo, sendo que este procedimento alinha o rotor do motor em uma posição agora conhecida pelo sistema de controle. Na segunda etapa, a corrente é transferida para um segundo arranjo de bobinas do motor, de forma a gerar uma aceleração no rotor do motor em um sentido desejado. Esta corrente é mantida na segunda bobina durante um tempo específico, sendo que depois de decorrido este tempo, novamente ocorre uma comutação para um terceiro arranjo de bobinas, iniciando a terceira etapa da estratégia de partida. A partir deste ponto, o motor já atinge a velocidade suficiente, e, o controle passa a monitorar as tensões induzidas do motor. Caso durante um intervalo de tempo predefinido durante a terceira etapa, o controle detecte uma posição válida do motor, a comutação ocorre e o motor entra na quarta etapa, que se caracteriza por operar baseado nas tensões induzidas do motor. Caso uma posição válida não seja detectada, o procedimento de partida é reiniciado para a primeira etapa.Entretanto, esse método, quando aplicado a cargas que exigem alto torque de partida, pode não apresentar bons resultados. Tais cargas consistem, por exemplo, em compressores para refrigeração, que requerem partida sob condições de pressões de sucção e descarga não equalizadas (partida HST - High Star

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4/25 ting Torque). Nessas condições, que podem ocorrer durante o período transitório de partida, o acionamento do motor é feito fora de sincronismo com as tensões induzidas, o que causa a formação de correntes transitórias internas no motor, podendo desmagnetizar os imãs ou ainda danificar o circuito de acionamento. Em outras palavras, na condição de pressão desbalanceada, um torque elevado é exigido do motor até que o compressor consiga superar o transitório inicial de pressão.

[0010] Cumpre notar ainda que o torque produzido em um motor BLDC é proporcional à corrente aplicada nele, e também ao fluxo magnético gerado pelos imãs permanentes. Com base neste conceito, caso se deseje obter um máximo torque durante um procedimento de partida do motor, bastaria aumentar ao máximo o valor da corrente nele aplicada, considerando que esta corrente seja aplicada em sincronia com as tensões induzidas do motor. No entanto, esta técnica pode causar o surgimento de correntes transitórias internas no motor, as quais não podem ser medidas diretamente pelas técnicas conhecidas, uma vez que somente a corrente do barramento do circuito retificador é aferida. Conforme já mencionado anteriormente, as correntes transitórias podem surgir no caso de extrema carga no eixo do motor, sendo causadas por divergências entre o sensoriamento de posição e o acionamento do motor. Tais divergências são decorrentes do fato de que as tensões induzidas são muito baixas para permitir uma identificação do exato instante de comutação.

[0011] Particularmente, durante do procedimento de partida de um motor BLDC, podem ocorrer situações onde um torque elevado de partida se faz necessário, para que o motor consiga adquirir uma determinada velocidade e passe a operar baseado no sensoriamento de posição determinado pelas tensões induzidas em suas bobinas. Os compressores de gases para aplicação em refrigeração, quando utilizados em sistemas que possuem válvulas de bloqueio ou expansão, as quais necessitam de um torque relativamente elevado de partida, estão suscetíveis a grandes transitórios de torque durante o procedimento de partida. Em tais situações, em virtude da baixa rotação do motor, o sensoriamento de posição do motor é prejudicado, tor

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5/25 nando o controle do motor nestas condições crítico. Em outras palavras, em função da discrepância entre a posição real do motor e a tensão aplicada no motor, podem aparecer correntes transitórias internas ao motor, que podem atingir valores de magnitudes capazes de proporcionar a danificação dos componentes magnéticos internos do motor. Da mesma forma, o surgimento de correntes transitórias pode também ocorrer em regime normal de operação/trabalho do motor, em virtude de extrema carga requerida pela aplicação e também devido às variações instantâneas e repentinas de torque. Estas correntes transitórias podem também influenciar no dimensionamento dos semicondutores de potência, visto que estes devem ser projetados de forma a atender os níveis de corrente, demandados pela aplicação, acarretando em um acréscimo no custo final da solução.

[0012] Assim, ainda não é conhecido um sistema/método de monitoração e controle de um motor BLDC de baixo custo que apresente a capacidade de evitar a formação de correntes transitórias internas na situação de partida e regime aliada com a robustez às variações de carga.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO [0013] Portanto, é um primeiro objetivo desta invenção prover um sistema/método de baixo custo para monitorar e controlar a operação de um motor elétrico sem escovas (BLDC - Brushless DC), que apresente capacidade de impedir a formação de correntes transitórias internas no motor, e, que ainda seja robusto às eventuais variações de carga que podem ocorrer no sistema.

[0014] É também um segundo objetivo desta invenção prover um sistema/método, imune às eventuais variações de carga que podem ocorrer, que seja capaz de permitir a monitoração e controle operação de um motor elétrico sem escovas (BLDC - Brushless DC) de uma maneira a otimizar a sua eficiência operacional, quando este estiver submetido a cargas que apresentam um transitório de torque relativamente elevado.

[0015] É ainda um terceiro objetivo desta invenção prover um sistema/método de baixo custo, que permite a monitoração e controle de um motor elétrico sem escovas (BLDC - Brushless DC), capaz de evitar a desmag

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6/25 netização dos ímãs do motor e ainda prevenir a danificação de seus componentes internos quando da ocorrência de correntes transitórias internas indesejadas no dito motor, melhorando as características de operação tanto na condição de regime como na de partida do motor, quando este estiver submetido a cargas com grande transitório de torque.

[0016] É também um quarto objetivo desta invenção prover um sistema/método capaz de permitir o sensoriamento indireto de correntes transitórias internas de um motor elétrico sem escovas (BLDC - Brushless DC), bem como um algoritmo para extinção destas correntes.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [0017] Um ou mais objetivos da invenção é(são) alcançado(s) através do provimento de um sistema de monitoração e controle de um motor sem escovas, onde o dito motor é trifásico e associável a uma fonte de alimentação elétrica por meio de um circuito retificador. O sistema compreende pelo menos um conjunto atuador, associado operativamente ao motor e ao circuito retificador, que, por sua vez, é configurado para prover uma tensão de barramento contínua e uma tensão de referência contínua ao conjunto atuador. O dito conjunto atuador compreende chaves de acionamento configuradas para energizar duas fases do motor simultaneamente. Além disso, o sistema compreende também pelo menos um observador de tensão, associado operativamente ao motor e ao conjunto atuador, capaz de permitir a monitoração de uma tensão induzida em uma fase não energizada do motor. Adicionalmente, o sistema compreende ainda pelo menos uma unidade de controle associada operativamente ao observador de tensão. Tal unidade de controle é configurada para comandar a abertura de uma determinada chave de acionamento do conjunto atuador por um determinado intervalo de tempo para interromper o fornecimento de energia ao motor, quando a medição da tensão induzida na fase não energizada do motor apresentar um valor compreendido por um intervalo de tensão preestabelecido.

[0018] Em uma concretização preferencial, a unidade de controle é configurada também para identificar uma posição do motor e/ou monitorar uma alteração de posição do motor com base nas informações provenientes do

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7/25 observador de tensão.

[0019] Preferencialmente, a unidade de controle é ainda configurada para proporcionar o dito comando do conjunto atuador com base no resultado da monitoração do observador de tensão, durante o período de procedimento de partida do motor e durante o período de regime de trabalho do motor.

[0020] Um ou mais objetivos da invenção é(são) alcançado(s) através do provimento de um método de monitoração e controle de um motor sem escovas trifásico e associável a uma fonte de alimentação elétrica. Tal fonte de alimentação elétrica é capaz de permitir o provimento de uma tensão de barramento contínua e uma tensão de referência contínua ao motor. O método compreende as seguintes etapas:

i) fornecimento de energia elétrica a duas fases do motor simultaneamente;

ii) detecção de um instante em que ocorre uma mudança de posição do motor;

iii) medição de uma tensão induzida em uma fase não energizada do motor;

iv) comparação da tensão induzida na fase não energizada do motor medida na etapa iii com um intervalo de tensão preestabelecido; e

v) interrupção do fornecimento de energia ao motor por um primeiro intervalo de tempo preestabelecido se a comparação feita na etapa iv indicar que a tensão induzida na fase não energizada do motor apresenta um valor compreendido pelo intervalo de tensão preestabelecido durante um segundo intervalo de tempo preestabelecido.

[0021] Em outras palavras, a presente invenção provê uma técnica de sensoriamento indireto de correntes transientes internas do motor, a fim de eliminá-las. Mais especificamente, as correntes transitórias são avaliadas e identificadas a partir da análise da tensão de um terminal não energizado do motor, onde é feita uma comparação dessa tensão com uma tensão de Barramento DC ou com uma tensão de referência. Desta maneira, tendo em vista que a corrente é conduzida para o terminal positivo da unidade retifica

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8/25 dora ou então para a referência da fonte, é possível identificar a existência de correntes transitórias internas do motor através dessa técnica de sensoriamento indireto. Em ambos os casos, a corrente percorre um diodo de rodalivre da ponte inversora do motor, forçando a tensão na bobina ao valor de tensão do barramento ou da tensão de referência. Após a identificação dessas correntes, uma ação de controle é feita, a fim de interromper o fornecimento de energia elétrica para o motor por um determinado tempo.

[0022] O procedimento de sensoriamento indireto e ação de controle é realizado e repetido tanto durante o tempo em que o motor se mantém em uma posição elétrica como também para todas as posições elétricas do motor, de maneira a impedir o desenvolvimento das correntes transientes, e, ainda preservar os componentes magnéticos internos do motor, além dos semicondutores de potência utilizados para o seu acionamento.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS [0023] A presente invenção será descrita a seguir em maiores detalhes, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

Figura 1: ilustra um diagrama de blocos de um sistema de monitoração e controle de um motor sem escovas (BLDC -Brushless DC) de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção;

Figura 2: ilustra um gráfico representativo das formas de onda características do acionamento do motor BLDC do sistema mostrado na figura 1;

Figura 3: ilustra um gráfico representativo de todos os estágios de operação do motor BLDC do sistema mostrado na figura 1, iniciando pelo estagio de alinhamento do motor (S1), acionamento em malha aberta (S2), e, por fim, o modo auto-pilotado (S3), onde é feito o controle de velocidade do motor em malha fechada;

Figura 4: ilustra um gráfico representativo de uma ocorrência de sobrecorrente no motor BLDC do sistema mostrado na figura 1, em situações de grandes transitórios de torque, e, além disso, dos efeitos decorrentes da ocorrência dessa sobrecorrente em um ponto de medição de tensão em uma fase não energizada do motor BLDC;

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Figura 5: ilustra a circulação de uma corrente no motor BLDC e em um conjunto atuador do sistema mostrado na figura 1, durante uma posição 3 do motor BLDC;

Figura 6: ilustra a circulação de uma corrente de desmagnetização de uma fase FC do motor BLDC do sistema mostrado na figura 1, quando ocorre uma mudança de posição da posição 3 para uma posição 4 do motor BLDC, considerando o período de PWM desligado em uma chave 3 do motor;

Figura 7: ilustra a circulação de uma corrente de desmagnetização da fase FC do motor BLDC do sistema mostrado na figura 1, quando ocorre uma mudança de posição da posição 3 para a posição 4 do motor BLDC, considerando período de PWM ligado na chave 3 do motor;

Figura 8: ilustra a circulação de uma corrente transitória indesejada interna no motor BLDC do sistema mostrado na figura 1, causada quando de seu procedimento de sua partida, para a posição 4 do motor BLDC;

Figura 9: ilustra um gráfico que mostra o efeito das correntes transitórias internas do motor BLDC do sistema mostrado na figura 1 na tensão induzida na fase não energizada do motor BLDC;

Figura 10: ilustra um gráfico que representa as etapas de execução de um método de monitoração e controle de um motor sem escovas (BLDC - Brushless DC) de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção, na posição 4 do motor BLDC em regime de trabalho;

Figura 11: ilustra um gráfico que representa as etapas de execução de um método de monitoração e controle de um motor sem escovas (BLDC - Brushless DC) de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção, na posição 1 do motor BLDC em regime de trabalho;

Figura 12: ilustra a circulação de uma corrente no motor BLDC e no conjunto atuador do sistema ilustrado na figura 1 quando da execução do método de monitoração e controle da presente invenção, na posição 4 do motor BLDC; e

Figura 13: ilustra um gráfico que representa as etapas de execu

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10/25 ção de um método de monitoração e controle de um motor sem escovas (BLDC - Brushless DC) de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção, durante um procedimento de partida do motor BLDC. DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS E DA INVENÇÃO [0024] Sistema de monitoração e controle de um motor sem escovas (Brushless DC - BLDC) [0025] O sistema de monitoração e controle de um motor sem escovas 100 (Brushless DC - BLDC), objeto da presente invenção, está ilustrado esquematicamente na figura 1 na forma de um diagrama de blocos.

[0026] O motor sem escovas 100, também denominado como motor Brushless DC - BLDC é do tipo trifásico, preferencialmente configurado em forma de estrela. Alternativamente, a configuração do tipo triângulo também poderia ser utilizada. Cumpre notar que a presente invenção também é aplicável para qualquer variação de motor de ímãs permanentes do tipo BLDC.

[0027] O motor 100 é associável a uma fonte de alimentação elétrica de tensão alternada por meio de um circuito retificador. Opcionalmente, uma fonte de alimentação elétrica de tensão/corrente contínua poderia ser aplicada no sistema da presente invenção, o que dispensaria a utilização do circuito retificador. Um exemplo bastante utilizado como fonte de alimentação de tensão contínua consiste em uma bateria DC.

[0028] Preferencialmente, o sistema de monitoração e controle da presente invenção é aplicado em um motor para utilização em um compressor de gás para equipamentos de refrigeração domésticos, comerciais ou industriais. Naturalmente, o sistema da presente invenção também pode ser utilizado em outras aplicações além dos motores para compressor de gás, desde que eventuais adaptações, que, porventura se façam necessárias, sejam implementadas.

[0029] Conforme pode ser visto na figura 3, o motor 100 apresenta três estágios de operação, em que no primeiro estágio (S1) é aplicada de forma gradual uma corrente elétrica em duas de suas bobinas ou fases, até o instante em que ocorre o alinhamento do rotor do motor 100 em uma posição conhecida. Em um segundo estágio (S2), um novo arranjo do motor 100 é

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11/25 acionado, de forma a proporcionar o movimento do motor 100. A partir do estágio (S3), o motor 100 já atinge uma velocidade suficiente para que haja tensões induzidas, e, por conta disso, a operação em malha fechada pode ser iniciada, proporcionando o controle de velocidade do motor 100. O sistema e método da presente invenção podem ser aplicados nos estágios (S2) e (S3) acima mencionados, de modo a permitir a identificação e extinção de correntes transitórias indesejadas.

[0030] Conforme pode ser visto na figura 1, o sistema da presente invenção compreende pelo menos um conjunto atuador 200 associado operativamente ao motor 100 e ao circuito retificador, que, por sua vez, é configurado para prover uma tensão de barramento Vbar contínua e uma tensão de referência Vref contínua ao dito conjunto atuador 200. Se a fonte de alimentação for do tipo contínua, ela deve ser configurada para prover uma tensão de barramento Vbar contínua e uma tensão de referência Vref contínua diretamente ao conjunto atuador 200.

[0031] Ainda de acordo com a figura 1, o conjunto atuador 200 compreende uma pluralidade de chaves de acionamento SW1-6 configuradas para energizar duas fases FA,FB; FA,FC; FB,FC do motor 100 simultaneamente, a fim de proporcionar o movimento do motor 100. As chaves de acionamento SW1-6 podem consistir em relés, diodos ou transistores de potência, projetados de acordo com a necessidade requerida pela aplicação.

[0032] O conjunto atuador 200 também compreende uma pluralidade de diodos de roda livre DI1-6, onde cada um dos diodos roda livre DI1-6 é associado eletricamente em paralelo a cada uma das chaves de acionamento SW1-6 do conjunto atuador 200. Tal diodo de roda livre DI1-6 é capaz de limitar e manter (amarrar) a tensão na fase não energizada FC; FB; FA do motor 100 no valor da tensão de barramento Vbar ou no valor da tensão de referência Vref (dependendo da posição do motor 100) quando da ocorrência de uma corrente transiente no motor 100.

[0033] De maneira preferencial, o conjunto atuador 200 compreende seis chaves de acionamentos SW1-6 agrupados em três grupos de pares, sendo que os pares de chaves de acionamentos SW1-6 são associados entre

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12/25 si em paralelo, conforme pode ser visto na figura 1. Nesse caso, o conjunto atuador 200 compreende também seis diodos de roda livre DIi-6.

[0034] Além disso, o sistema da presente invenção compreende também pelo menos um observador de tensão 300 (sensor de tensão ou medidor de tensão), associado operativamente ao motor 100 e ao conjunto atuador 200, capaz de permitir a monitoração de uma tensão induzida em uma fase não energizada FC; FB; FA do motor 100.

[0035] As medições feitas pelo observador de tensão 300 permitem também que seja detectada uma queda de tensão em pelo menos um diodo de roda livre DI1-6 associado operativamente à fase não energizada FC; FB; FA do motor 100. Naturalmente, a obtenção do valor dessa queda de tensão é comandada pela unidade de controle 400, para que, posteriormente ele possa ser processado.

[0036] De acordo com a figura 1, o observador de tensão 300 compreende três barramentos (bus) de medição independentes, onde cada linha de medição é associada eletricamente a uma fase do motor 100. Em outras palavras, o observador de tensão 300 é capaz de permitir a monitoração de cada fase do motor 100 de maneira independente.

[0037] Adicionalmente, o sistema da presente invenção compreende ainda pelo menos uma unidade de controle 400, associada operativamente ao observador de tensão 300, que consiste em um microcontrolador, microprocessador ou até mesmo um circuito eletrônico equivalente provido de componentes discretos, circuitos integrados, ou outros componentes eletrônicos analógicos ou digitais, que executam a mesma função de um microcontrolador ou microprocessador.

[0038] Cabe notar que o sistema da presente invenção utiliza como base para controle de posição do motor 100, a técnica descrita pelo documento de patente US 2004/0263109. Em linhas gerais, a unidade de controle 400 é configurada para analisar as medições do observador de tensão e acionar as chaves SW1, SW2, SW3,...,SW6 do conjunto atuador 200 na sequência indicada na figura 2, conforme a posição detectada do motor 100. Particularmente, a figura 2 ilustra as formas de ondas ideais existentes no acionamen

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13/25 to de um motor de ímãs permanentes do tipo Brushless DC trifásico, com onda trapezoidal.

[0039] A unidade de controle 400 é configurada para comandar a abertura de uma determinada chave de acionamento SW1-6 do conjunto atuador 200 por um determinado intervalo de tempo para interromper o fornecimento de energia ao motor 100, quando a medição da tensão induzida na fase não energizada FC; FB; FA do motor apresentar um valor compreendido por um intervalo de tensão preestabelecido dV, o que indica a ocorrência de uma corrente transiente em pelo menos uma fase do motor 100.

[0040] Além disso, a unidade de controle 400 é configurada também para identificar uma posição do motor 100 e/ou monitorar uma alteração de posição do motor 100 com base nas informações provenientes do observador de tensão 300.

[0041] Sendo assim, a partir da identificação da posição do motor 100 e/ou a partir da detecção de alteração da posição do motor 100, pode-se determinar qual a chave de acionamento SW1-6 do conjunto atuador 200 deve ser aberta, a fim de interromper o fornecimento de energia ao motor 100.

[0042] O intervalo de tensão preestabelecido dV consiste em uma faixa de valores de tensão que compreende um limite superior de tensão e um limite inferior de tensão. Tais limites são, preferencialmente, determinados com base na posição do motor 100 (para uma determinada configuração de energização do motor 100), em que a diferença entre o limite superior de tensão e o limite inferior de tensão consiste no valor referente à queda de tensão sobre um diodo de roda livre DI1-6. Naturalmente, o intervalo de tensão preestabelecido dV pode ser determinado através de valores de limites obtidos experimentalmente.

[0043] Preferencialmente, o intervalo de tensão dV está compreendido entre o limite superior de tensão Vbar e o limite inferior de tensão Vref.

[0044] Assim, a unidade de controle 400 é configurada para decidir se a comparação da tensão na fase não energizada FC; FB; FA do motor 100 deve ser feita com o intervalo de tensão preestabelecido dV que compreende a tensão do barramento Vbar ou com o intervalo de tensão preestabele

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14/25 cido dV que compreende a tensão de referência Vref, em que tal decisão é baseada na posição do motor 100, para uma determinada configuração de energização do motor 100.

[0045] Em outras palavras, o módulo do intervalo de tensão preestabelecido dV é substancialmente constante e determinado pela queda de tensão sobre um diodo de roda livre DIi-6, porém, os valores numéricos de tensão dos limites (inferior e superior) desse intervalo dV variam conforme a posição do motor 100. Por exemplo, na figura 10, observa-se que o intervalo de tensão preestabelecido dV compreende a tensão de referência Vref, para a posição 4 do motor 100, quando a bobina da fase FC não está energizada. Já na figura 11, observa-se que o intervalo de tensão preestabelecido dV compreende a tensão de barramento Vbar, para a posição 1 do motor 100, quando a bobina da fase FC não está energizada. Portanto, pode-se afirmar que o intervalo de tensão preestabelecido dV se desloca de acordo com o movimento do motor 100.

[0046] De maneira preferencial, para a determinação do intervalo de tensão preestabelecido dV, deve-se considerar uma margem de segurança que consiste em um valor de offset predeterminado. Esse valor de offset pode ser calculado, por exemplo, com base no ruído existente na rede elétrica, e no percentual de tolerância dos componentes.

[0047] Ainda, a unidade de controle 400 é configurada para monitorar o observador de tensão 300 tanto durante um tempo em que o motor 100 se mantém em uma posição por um determinado período como também durante um tempo de transição entre duas posições do motor 100. Desta maneira, a abertura da dita chave de acionamento SW1-6 do conjunto atuador 200, capaz de interromper o fornecimento de energia ao motor 100, pode ser comandada nestes dois momentos distintos.

[0048] Portanto, o sistema da presente invenção pode ser aplicado para impedir a formação de correntes transitórias internas ao motor 100 tanto durante o seu período de procedimento de partida, como também durante o seu período de regime de trabalho. Para fins de esclarecimento, quando o motor 100 é utilizado, por exemplo, em um compressor de gás, consideraPetição 870180029727, de 13/04/2018, pág. 17/79

15/25 se:

A) Partida: quando o compressor de gás é acionado, a rotação do motor 100 aumenta gradativamente até atingir uma rotação de trabalho.

B) Regime de trabalho: quando o compressor de gás opera em uma condição substancialmente estável (regime permanente).

C) Parada: quando o compressor de gás elétrico é desligado, a rotação do motor 100 diminui gradativamente até atingir o zero.

[0049] A unidade de controle 400 permite identificar o instante em que o motor 100 inicia o procedimento de partida e o instante em que o motor 100 atinge o regime de trabalho com base na tensão induzida da fase FC; FB; FA não energizada do motor 100 medida pelo observador de tensão 300.

[0050] Simultaneamente à abertura da chave de acionamento SW1-6 do conjunto atuador 200, capaz de interromper o fornecimento de energia ao motor 100, a unidade de controle 400 controla o comportamento de abertura e fechamento de uma segunda chave de acionamento SW1-6 do conjunto atuador 200 através de aplicação de uma modulação do tipo PWM, sendo que a determinação da chave de acionamento SW1-6 que deve ser atribuída como a segunda chave de acionamento SW1-6 é feita pela unidade de controle 400 com base na posição do motor 100.

[0051] A tabela 1 abaixo relaciona todas as possíveis combinações de acionamento das chaves de acionamento SW1-6 do conjunto atuador 200, durante o procedimento de operação do motor 100. Esta tabela pode ser armazenada em uma memória interna da unidade de controle 400 ou em uma memória externa, e é acessada dependendo do resultado do sensoriamento de posição do motor 100. Como pode ser observado na tabela, a chave de acionamento SW1-6 em que é aplicada modulação PWM é alternada sempre que ocorre uma mudança de posição do motor 100.

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Tabela 1: possíveis combinações das chaves de acionamento

SW1-6 durante a operação do motor.

Posições do . motor BLDC

Chaves	1	2	3	4	5	6
SW1	ON	PWM
SW2				ON	PWM
SW3			ON	PWM
SW4	PWM					ON
SW5					ON	PWM
SW6		ON	PWM

[0052] Ainda conforme a figura 1, o sistema da presente invenção compreende também pelo menos um observador de corrente 500, associado operativamente à unidade de controle 400, capaz de permitir a monitoração de uma corrente total do motor 100 pela unidade de controle 400 através de, por exemplo, de uma resistência do tipo Shunt.

[0053] As medições feitas pelo observador de corrente 500, em conjunto com as medições feitas pelo observador de tensão 300, podem ser utilizadas pela unidade de controle 400 para regular a tensão aplicada ao motor 100 e controlar a corrente máxima do motor 100.

[0054] Para melhor compreender o funcionamento do sistema da presente invenção acima descrito, segue abaixo alguns exemplos práticos de operação.

Exemplos [0055] Os gráficos ilustrados na figura 4 mostram a aplicação da presente invenção em um motor BLDC durante o seu procedimento de partida. No detalhe (D00) é destacada uma curva de corrente Ic que circula na bobina da fase FC do motor 100 durante a posição número 3. Tal corrente Ic circulará pela bobina da fase FC do motor 100 até que ocorra uma mudança de posição do motor 100. A partir deste momento de mudança de posição, conforme apresentado no detalhe (D01), a corrente Ic inicia um estágio de desmagnetização, visto que nesta posição do motor 100, a bobina da fase FC não está mais energizada. Na posição 4 do motor 100, a corrente circulante pela bobina da fase FC deve-se manter em zero depois do

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17/25 estágio de desmagnetização, porém, conforme pode ser visto no detalhe (D02), pode ocorrer o surgimento de uma corrente transitória nessa bobina em alguns casos, indicando uma condição indesejada de operação. Esta corrente é adicionada à corrente do motor, e, conforme apresentado no detalhe (D03), o resultado é o surgimento de um pico de corrente no motor 100, em que a componente da corrente que gera este pico não pode ser detectada pelo método de sensoriamento de corrente, usando apenas um sensor de corrente. O detalhe (D04) consiste nos valores medidos na bobina da fase FC não energizada do motor, mostrando que seu valor fica amarrado à tensão de referência Vref, pois o diodo de roda-livre DI6 (em paralelo com a chave SW6) está conduzindo uma corrente transitória na bobina da fase FC. No detalhe (D05) verifica-se que a corrente transitória se extinguiu, e, por consequência, como o diodo de roda livre DI6 não está mais em condução, uma tensão induzida pode ser medida, conforme pode ser visto no detalhe (D06).

[0056] Os detalhes (D07, D08, D09 e D10) da figura 4 mostram uma situação análoga, porém para a posição 1 do motor. Assim, em (D07), observa-se o surgimento de uma corrente transitória na bobina da fase FC, amarrando a tensão medida nessa bobina na tensão do barramento Vbar, devido a condução do diodo de roda livre correspondente, conforme pode ser visto em (D08). Em (D09) é possível verificar que não existe corrente transitória, portanto, uma tensão induzida pode ser medida na bobina não energizada da fase FC, conforme ilustrado em (D10).

[0057] A análise acima apresentada se aplica de forma análoga para as outras fases FA e FB do motor 100.

[0058] Na figura 5 é apresentado o caminho de circulação da corrente Ic do detalhe (D00) da figura 4 no motor 100 e no conjunto atuador 200, quando o motor está na posição 3. Pode-se verificar que a corrente Ic parte da fonte de alimentação e é aplicada nas bobinas das fases FB e FC do motor 100, de forma a gerar o torque necessário para a sua movimentação.

[0059] Em cada uma das figuras 6 e 7, é ilustrado o caminho de circu

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18/25 lação da corrente Ic do detalhe (D01) da figura 4, no instante em que ocorre uma mudança da posição 3 para a posição 4 do motor 100. Tal corrente consiste na corrente de desmagnetização da bobina, gerada em função de sua característica indutiva. A figura 6 considera o ciclo inativo de PWM (chave SW3 aberta). Por outro lado, a figura 7 considera o ciclo ativo de PWM (chave SW3 fechada).

[0060] Na figura 8, é ilustrado o caminho da corrente Ic em (D02) da figura 4 (corrente transitória), durante a posição 4 do motor 100. A queda de tensão sobre o diodo de roda livre DI6 (em paralelo à chave SW6) é utilizada para identificação da existência desta corrente transitória, que em condições normais de operação, não deveria estar circulando no motor 100. O principal problema causado por esta corrente é que ela se soma à corrente aplicada na bobina da fase FA do motor 100, proporcionando a formação de uma sobrecorrente, conforme pode ser visto no detalhe (D03) da figura 4.

[0061] Em suma, as figuras 5, 6, 7, e 8 mostram o comportamento da corrente que circula no conjunto atuador 200 e em uma fase do motor 100, durante um instante anterior a uma mudança de posição do motor 100, durante a mudança de posição, e, por fim, durante um instante posterior à mudança de posição do motor 100. O comportamento da corrente para todas as outras posições e fases do motor 100 pode ser deduzido de forma análoga.

[0062] A figura 9 demonstra que, dependendo da posição do motor 100, a corrente transitória que circula nele pelo diodo de roda livre amarra a tensão da bobina não energizada na tensão de barramento Vbar ou na tensão de referência Vref. Caso não existam tais correntes transitórias, a tensão medida consiste na tensão induzida no motor 100, que pode ter tendência ascendente ou descendente, dependendo da posição do motor 100. Conforme já explicado anteriormente, para identificação de tais correntes, a unidade de controle 400 usa uma janela de comparação, onde a tensão da bobina não energizada deve estar fora de janela delimitada de tensão dV (intervalo de tensão pré-estabelecido). Cumpre lembrar que o valor de intervalo de tensão preestabelecido dV é ajustado considerando o valor da queda de tensão no diodo de roda livre, acrescido de um valor de offset, que garante

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19/25 uma margem de segurança para operação confiável do algoritmo. A indicação feita por V induzida na figura 9 mostra que, quando não existem correntes transitórias, as tensões induzidas ficam fora da janela delimitada de tensão dV.

[0063] Na tabela 2 abaixo estão apresentadas todas as combinações das condições para a detecção das correntes transitórias no motor 100, relacionando a tensão medida na fase não energizada FC; FB; FA com a posição do motor 100. Além disso, é apresentada também na tabela 2, a chave de acionamento SW1-6 correspondente para cada posição do motor 100, que deverá ser aberta para proporcionar a extinção da corrente transitória. Na tabela, as indicações Va, Vb e Vc são referentes às tensões medidas nas bobinas das fases não energizadas, Vbar consiste na tensão do barramento, e dV consiste na janela de tensão (intervalo de tensão preestabelecido dV) usada para determinação da existência das correntes transitórias.

[0064] Tabela 2: Tabela relacionando as medições das tensões na bobina da fase não energizada do motor com a identificação de correntes transitórias internas, e, apresentação da chave de acionamento correspondente que deve ser aberta pelo algoritmo de extinção._____________________________

	Posições do motor BLDC
Condição de roda livre	1	2	3	4	5	6
Va > (Vbar - dV)
Vb > (Vbar - dV)
Vc > (Vbar - dV)
Va < dV
Vb < dV
Vc < dV

	Posições do motor BLDC
1	2	3	4	5	6
Ação da técnica de extinção de corrente transtória	SW1	SW6	SW3	SW2	SW5	SW4

[0065] Desta maneira, baseado na identificação das correntes transitórias, uma técnica para extinção de tais correntes é executada pela unidade de controle 400, agindo de forma a impedir sua evolução para valores relativamente elevados.

[0066] A figura 10 ilustra as etapas de ação referentes a essa técnica

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20/25 para a posição 4 do motor 100, conforme descrito a seguir: sempre que ocorre uma mudança de posição do motor 100, a nova posição é identificada, e, a condição de teste para identificação da existência da corrente transitória é carregada na unidade de controle 400, de acordo com a tabela 2 acima.

[0067] Na sequência, a unidade de controle 400 aguarda o final de tempo T3, que consiste em um tempo necessário para a extinção da corrente de desmagnetização da bobina, explicitado por Ic na figura 10. Este tempo pode ser definido experimentalmente ou pode ser definido pelo monitoramento da tensão na bobina da fase não energizada do motor 100 ou pode até mesmo ser desabilitado, visto que a condição de corrente de desmagnetização amarra a tensão na bobina não energizada na referência oposta, o que não levaria o algoritmo a uma operação incorreta.

[0068] Expirado o tempo T3, a unidade de controle 400 inicia o monitoramento da tensão induzida Vc na bobina não energizada. Quando a tensão Vc se encontra dentro da janela dV, é considerado que existe alguma corrente transitória indesejada circulando no motor 100. Por outro lado, se a tensão Vc estiver fora da janela dV, considera-se que não existem correntes transitórias indesejadas. Sendo assim, se a tensão Vc estiver dentro da janela dV, uma contagem de tempo é iniciada, e, sempre que a tensão Vc sair da janela dV, a contagem de tempo é zerada.

[0069] Caso a tensão medida na bobina permanecer dentro da janela dV por um tempo igual ou superior a T2, a unidade de controle 400 desabilita uma das chaves de acionamento SW1-6, dependendo da posição do motor 100, de forma a interromper momentaneamente o fornecimento de energia para o motor 100. A interrupção da chave de acionamento SW1-6 ocorre durante um tempo indicado por T1 na figura 11, em que após este tempo, novamente a chave de acionamento SW1-6 é acionada, e o monitoramento da tensão induzida Vc recomeça.

[0070] Esse processo de monitoramento e controle acontece quantas vezes forem necessárias quando motor 100 permanece em uma determinada posição, e também para todas as posições do motor 100.

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21/25 [0071] Particularmente, na figura 10, em (E01) surge uma pequena corrente transitória na bobina Ic que amarra a tensão Vc na tensão de referência Vref da fonte de alimentação, em virtude de sua circulação pelo diodo de roda livre. Após a detecção deste evento, inicia-se uma contagem de tempo que atinge o valor de T2. Com o objetivo de impedir o aumento da corrente transitória em Ic, a unidade de controle 400 abre a chave de acionamento SW2 por um período de tempo T1. Depois desta ação pode-se verificar que não ocorreu mais nenhum surgimento de corrente transitória em Ic, e portanto, não foram mais necessárias ações da unidade de controle 400 nesta posição do motor 100.

[0072] O funcionamento dessa técnica para as outras posições do motor 100 é análogo ao descrito acima, podendo ser deduzido baseado no procedimento descrito.

[0073] Na figura 11, é apresentada uma curva que ilustra o resultado da aplicação da técnica da presente invenção, porém, para a posição 1 do motor. Conforme pode ser verificado, a referência da janela dV foi alterada para a tensão do barramento Vbarr e a chave de acionamento utilizada para ação do método é a SW1, porém o seu funcionamento é similar para todas as posições do motor 100.

[0074] Na figura 12 é demonstrado o caminho da corrente transitória, apresentada no detalhe D02 da figura 4, na posição 4 do motor 100, quando da ação da técnica de extinção de corrente transitória da presente invenção. O tracejado Trip indica a abertura da chave de acionamento como resultado da ação do método para extinção da corrente transitória. Na figura 12, é apresentado o caminho da corrente no ciclo desligado de PWM. Por outro lado, na figura 13 é apresentado o caminho da corrente no ciclo ativo de PWM. A técnica pode ser ajustada ou adaptada, para permitir a abertura de duas chaves referentes a uma posição do motor 100 durante o tempo T1, permitindo, desta forma, que o comportamento da corrente seja sempre análogo ao apresentado na figura 12.

[0075] A figura 14 ilustra um gráfico mostrando a ação da técnica de extinção de correntes transitórias da presente invenção, estando ela aplica

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22/25 da na partida de um compressor de gás em um sistema com pressões não equalizadas. Em (F03), pode-se verificar uma pluralidade de pequenas tendências de surgimento de correntes transitórias, que são imediatamente detectadas pela técnica de extinção/proteção. Como resposta a essas correntes transitórias, em (F01), pode-se verificar a ação de controle da técnica para extinguir dessas correntes, de maneira a impedir a sua evolução. Da mesma forma, em (F02), na posição seguinte do motor 100, a técnica está atuando para impedir a evolução das correntes transitórias. Portanto, a ação da técnica garante que a corrente do motor 100 sempre se mantenha dentro de um limite máximo, conforme pode ser observado em (F04).

Método de monitoração e controle de um motor sem escovas Brushless DC - BLDC) [0076] A partir da descrição do sistema e dos exemplos acima mostrados, é possível definir as etapas do método de monitoração e controle de um motor sem escovas 100, também objeto da presente invenção:

i) fornecimento de energia elétrica a duas fases FA,FB; FA,FC; FB,FC do motor 100 simultaneamente;

ii) detecção de um instante em que ocorre uma mudança de posição do motor 100. Essa etapa compreende uma subetapa de identificação da posição do motor 100;

iii) medição de uma tensão induzida em uma fase não energizada FC; FB; FA do motor 100;

iv) comparação da tensão induzida na fase não energizada FC; FB; FA do motor 100 medida na etapa iii com um intervalo de tensão preestabelecido dV;

v) interrupção do fornecimento de energia ao motor 100 por um primeiro intervalo de tempo preestabelecido T1 se a comparação feita na etapa iv indicar que a tensão induzida na fase não energizada FC; FB; FA do motor 100 apresenta um valor compreendido pelo intervalo de tensão preestabelecido dV durante um segundo intervalo de tempo preestabelecido T2. Esta etapa consiste em uma etapa de abertura de uma chave de acionamento SW1-6 do conjunto atuador 200 associado operativamente ao motor 100.

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Esta etapa compreende uma subetapa de condução de corrente elétrica em um diodo de roda livre, DI1-6 compreendido pelo conjunto atuador 200, associado eletricamente em paralelo a uma chave de acionamento SW1-6.

[0077] Naturalmente, as etapas i a v são repetidas através de ciclos de iterações do método até o instante de parada do motor 100.

[0078] Preferencialmente, o método da presente invenção compreende uma etapa de desmagnetização da fase previamente energizada FC; FB; FA do motor 100, limitando o valor na bobina ao valor da tensão de barramento Vbar ou no valor da tensão de referência Vref, sendo que a dita etapa de limitação é executada previamente à execução da etapa iii e posteriormente à execução da etapa ii.

[0079] A etapa iv compreende uma subetapa de definição de um limite superior de tensão e um limite inferior de tensão do intervalo de tensão preestabelecido dV. Tais limites superior e inferior de tensão são definidos com base na posição identificada do motor 100 (considerando uma determinada configuração de energização do motor 100) onde a diferença entre o limite superior de tensão e o limite inferior de tensão do intervalo de tensão preestabelecido dV consiste em uma faixa de valores correspondente a uma queda de tensão sobre um diodo de roda livre DI1-6.

[0080] De maneira preferencial, a tensão de barramento Vbar ou a tensão de referência Vref está compreendida entre o limite superior de tensão e o limite inferior de tensão do intervalo de tensão preestabelecido dV. Nesse caso, o método da presente invenção compreende também uma etapa de decisão se a comparação da tensão induzida na fase não energizada FC; FB; FA do motor 100 deve ser feita com o intervalo de tensão preestabelecido dV que compreende a tensão do barramento Vbar ou com o intervalo de tensão preestabelecido dV que compreende a tensão de referência Vref, sendo que tal decisão é baseada na posição do motor 100, considerando uma determinada configuração de energização do motor 100, conforme explicado anteriormente. A dita etapa de decisão é executada previamente à execução da etapa iv e posteriormente à execução da etapa iii.

[0081] A etapa de definição do limite superior de tensão e do limite infe

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24/25 rior de tensão do intervalo de tensão preestabelecido dV considera uma margem de segurança, que, por sua vez, consiste em um valor de offset prédeterminado.

[0082] Ainda, o método da presente invenção compreende uma etapa de aguardo de um terceiro intervalo de tempo preestabelecido T3 executada previamente à execução da etapa iii. O terceiro intervalo de tempo T3 pode ser determinado experimentalmente ou definido pela tensão induzida em uma fase não energizada do motor 100 a ser medido na etapa iii em um futuro ciclo de iteração do método.

[0083] Adicionalmente, o método da presente invenção compreende também uma etapa de contagem de tempo, quando a comparação feita na etapa iv indicar que a tensão induzida na fase não energizada FC; FB; FA do motor 100 apresenta um valor compreendido pelo intervalo de tensão preestabelecido dV. Quando a contagem de tempo atingir um tempo equivalente ao segundo intervalo de tempo preestabelecido T2, ocorre a etapa de finalização da contagem de tempo.

[0084] Por outro lado, o método da presente invenção compreende uma etapa uma etapa de zeragem (da contagem) de tempo, quando a comparação feita na etapa iv indicar que a tensão induzida na fase não energizada FC; FB; FA do motor 100 apresenta um valor não compreendido pelo intervalo de tensão preestabelecido dV.

[0085] Todas as etapas acima descritas do método da presente invenção ocorrem durante o procedimento de partida ou durante o regime de trabalho do motor 100.

[0086] Desta maneira, a presente invenção é capaz de impedir o surgimento, formação e evolução de correntes transitórias internas no motor que possam desmagnetizar os imãs do motor ou ainda danificar os semicondutores de potência que acionam o motor BLDC, permitindo a sua aplicação em situações em que é necessária a partida de compressores sob condições de pressão não equalizadas de sucção e descarga, como por exemplo, aplicações que utilizam válvulas de bloqueio ou válvulas de expansão.

[0087] Além disso, a presente invenção permite também o uso de se

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25/25 micondutores de potência de menor capacidade de corrente no dispositivo eletrônico de acionamento, o que reduz os custos.

[0088] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, onde são incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de monitoração e controle de um motor sem escovas (100), o motor (100) sendo associável a uma fonte de alimentação elétrica capaz de prover uma corrente contínua, o sistema sendo caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos:

- um conjunto atuador (200) associado operativamente ao motor (100) e ao circuito retificador, a fonte de alimentação sendo configurada para prover uma tensão de barramento (Vbar) e uma tensão de referência (Vref) ao conjunto atuador (200), a tensão de barramento (Vbar) e a tensão de referência sendo contínuas (Vref), o conjunto atuador (200) sendo configurado para energizar duas fases (FA,FB; FA,FC; FB,FC) do motor (100) simultaneamente;

- um observador de tensão (300) associado operativamente ao motor (100) e ao conjunto atuador (200), o observador de tensão (300) sendo capaz de permitir a monitoração de uma tensão induzida em uma fase não energizada (FC; FB; FA) do motor (100); e

- uma unidade de controle (400) associada operativamente ao observador de tensão (300), a unidade de controle (400) sendo configurada para identificar uma posição do motor (100) e/ou monitorar uma alteração de posição do motor (100) com base nas informações provenientes do observador de tensão (300), a unidade de controle (400) sendo configurada para, com base na identificação da posição do motor (100) e/ou com base na detecção de alteração da posição do motor (100), comandar o conjunto atuador (200) por um determinado intervalo de tempo para interromper o fornecimento de energia ao motor (100), quando a medição da tensão induzida na fase não energizada (FC; FB; FA) do motor (100) apresentar um valor compreendido por um intervalo de tensão preestabelecido (dV),

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2/8 a unidade de controle (400) sendo ainda configurada para proporcionar o dito comando do conjunto atuador (200) com base no resultado da monitoração do observador de tensão (300) durante um período de procedimento de partida do motor (100) e durante um período de regime de trabalho do motor (100).

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (400) é configurada para identificar uma posição do motor (100) e/ou monitorar uma alteração de posição do motor (100) com base nas informações provenientes do observador de tensão (300), a unidade de controle (400) sendo configurada para determinar qual a chave de acionamento (SW1-6) do conjunto atuador (200) deve ser aberta para interromper o fornecimento de energia ao motor (100) com base na identificação da posição do motor (100) e/ou com base na detecção de alteração da posição do motor (100).
3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (400) é configurada para monitorar o observador de tensão (300) para comandar a abertura da chave de acionamento (SW1-6), capaz de interromper o fornecimento de energia ao motor (100), durante um tempo em que o motor (100) se mantém em uma posição por um determinado período e durante um tempo de transição entre duas posições do motor (100).
4. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (400) é configurada para, simultaneamente à abertura da chave de acionamento (SW1-6), capaz de interromper o fornecimento de energia ao motor (100), controlar o comportamento de abertura e fechamento de uma segunda chave de acionamento (SW1-6) do conjunto atuador (200) através de aplicação de uma modulação do tipo PWM, a unidade de controle (400) sendo ainda configurada para determinar qual a chave de acionamento (SW1-6) do

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3/8 conjunto atuador (200) deve ser atribuída como a segunda chave de acionamento (SW1-6) com base na posição do motor (100).
5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o conjunto atuador (200) compreende diodos roda livre (DI1-6), onde cada um dos diodos roda livre (DI1-6) é associado eletricamente em paralelo a cada uma das chaves de acionamento (SW1-6) do conjunto atuador (200), o diodo de roda livre (DI1-6) sendo capaz de manter a tensão induzida na fase não energizada (FC; FB; FA) do motor (100) na tensão de barramento (Vbar) ou na tensão de referência (Vref) quando da ocorrência de uma corrente transiente no motor (100).
6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (400) é configurada para permitir uma detecção da queda de tensão em pelo menos um diodo de roda livre (DI1-6), associado operativamente à fase não energizada (FC; FB; FA) do motor (100), pelo observador de tensão (300).
7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o intervalo de tensão preestabelecido (dV) consiste em uma faixa de valores de tensão que compreende um limite superior de tensão e um limite inferior de tensão, os ditos limites superior e inferior de tensão sendo determinados com base na posição do motor (100), sendo que a diferença entre o limite superior de tensão e o limite inferior de tensão consiste no valor referente à queda de tensão sobre um diodo de roda livre (DI1-6).
8. Sistema de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o intervalo de tensão preestabelecido (dV) compreende um valor referente à tensão de barramento (Vbar) ou à tensão de referência (Vref).
9. Sistema de acordo a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (400) é configurada para decidir se a

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4/8 comparação da tensão na fase não energizada (FC; FB; FA) do motor (100) deve ser feita com o intervalo de tensão preestabelecido (dV) que compreende a tensão do barramento (Vbar) ou com o intervalo de tensão preestabelecido (dV) que compreende a tensão de referência (Vref), a decisão sendo baseada na posição do motor (100).
10. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um observador de corrente (500) associado operativamente à unidade de controle (400), o observador de corrente (500) sendo capaz de permitir a monitoração de uma corrente total do motor (100) pela unidade de controle (400), a unidade de controle (400) sendo configurada para regular a tensão aplicada ao motor (100) e controlar a corrente máxima do motor (100) com base nas medições feitas pelo observador de tensão (300) e pelo observador de corrente (500).
11. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 7, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (400) é configurada para proporcionar o comando de abertura da chave de acionamento (SW1-6) capaz de interromper o fornecimento de energia ao motor (100), com base no resultado da monitoração do observador de tensão (300) durante um período de procedimento de partida do motor (100) e durante um período de regime de trabalho do motor (100).
12. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto atuador compreende:

- seis chaves de acionamentos (SW1-6) agrupados em três grupos de pares, sendo que os pares de chaves de acionamentos (SW1-6) são associados entre si em paralelo; e

- seis diodos de roda livre (DI1-6), cada diodo de roda livre (DI1-6) sendo associado eletricamente em paralelo com cada chave de acionamentos (SW1-6), o diodo de roda livre (DI1-6) sendo capaz de manter a tensão induzida na fase não energizada (FC; FB; FA) do motor

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5/8 (100) na tensão de barramento (Vbar) ou na tensão de referência (Vref) quando da ocorrência de uma corrente transiente no motor (100), a unidade de controle (400) sendo configurada para permitir uma detecção da queda de tensão em pelo menos um diodo de roda livre (DIi-6), associado operativamente à fase não energizada (FC; FB; FA) do motor, (100) pelo observador de tensão (300), a unidade de controle (400) sendo ainda configurada para comandar a abertura de uma determinada chave de acionamento (SW16) do conjunto atuador (200) por um determinado intervalo de tempo para interromper o fornecimento de energia ao motor (100), quando a medição da tensão induzida na fase não energizada (FC; FB; FA) do motor apresentar um valor compreendido pelo intervalo de tensão preestabelecido (dV).
13. Método de monitoração e controle de um motor sem escovas (100), o método sendo realizado através de um sistema de monitoração e controle de um motor sem escovas (100) como definido na reivindicação 1, o motor (100) sendo trifásico e associável a uma fonte de alimentação elétrica, a fonte de alimentação elétrica sendo capaz de permitir o provimento de uma tensão de barramento (Vbar) e uma tensão de referência (Vref) ao motor (100), a tensão de barramento (Vbar) e a tensão de referência (Vref) sendo contínuas, o método sendo caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:

i) fornecimento de energia elétrica a duas fases (FA,FB; FA,FC; FB,FC) do motor (100) simultaneamente;

ii) detecção de um instante em que ocorre uma mudança de posição do motor (100);

iii) medição de uma tensão induzida em uma fase não energizada (FC; FB; FA) do motor (100);

iv) comparação da tensão induzida na fase não energizada (FC; FB; FA) do motor (100) medida na etapa iii com um intervalo de

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6/8 tensão preestabelecido (dV); e

v) interrupção do fornecimento de energia ao motor (100) por um primeiro intervalo de tempo preestabelecido (T1) se a comparação feita na etapa iv indicar que a tensão induzida na fase não energizada (FC; FB; FA) do motor (100) apresenta um valor compreendido pelo intervalo de tensão preestabelecido (dV) durante um segundo intervalo de tempo preestabelecido (T2).
14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de limitação da tensão induzida na fase não energizada (FC; FB; FA) do motor (100) no valor da tensão de barramento (Vbar) ou no valor da tensão de referência (Vref), a dita etapa de limitação sendo executada previamente à execução da etapa iii e posteriormente à execução da etapa ii.
15. Método de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que a etapa ii compreende uma subetapa de identificar a posição do motor (100).
16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a etapa iv compreende uma subetapa de definição de um limite superior de tensão e um limite inferior de tensão do intervalo de tensão preestabelecido (dV), os limites superior e inferior de tensão sendo definidos com base na posição identificada do motor (100).
17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de aguardo de um terceiro intervalo de tempo preestabelecido (T3), a dita etapa de aguardo sendo executada previamente à execução da etapa iii.
18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de contagem de tempo, quando a comparação feita na etapa iv indicar que a tensão induzida na fase não energizada (FC; FB; FA) do motor (100) apresenta um valor compreendido pelo intervalo de tensão preestabelecido (dV).

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19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de zeragem de tempo, quando a comparação feita na etapa iv indicar que a tensão induzida na fase não energizada (FC; FB; FA) do motor (100) apresenta um valor não compreendido pelo intervalo de tensão preestabelecido (dV).
20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de finalização de contagem de tempo, quando a contagem de tempo atingir um tempo equivalente ao segundo intervalo de tempo preestabelecido (T2).
21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que a etapa v) interrupção do fornecimento de energia, consiste em uma etapa de abertura de uma chave de acionamento (SW1-6) compreendido por um conjunto atuador (200) associado operativamente ao motor (100).
22. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a etapa v) interrupção do fornecimento de energia compreende uma subetapa de condução de corrente elétrica em um diodo de roda livre (DI1-6) compreendido pelo conjunto atuador (200), o diodo de roda livre (DI1-6) sendo associado eletricamente em paralelo a uma chave de acionamento (SW1-6).
23. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a diferença entre o limite superior de tensão e o limite inferior de tensão do intervalo de tensão preestabelecido (dV) consiste em um valor correspondente a uma queda de tensão sobre um diodo de roda livre (DI1-6).
24. Método de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o intervalo de tensão preestabelecido (dV) compreende a tensão do barramento (Vbar) ou a tensão de referência (Vref).
25. Método de acordo com as reivindicações 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que as etapas i a v ocorrem durante um

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8/8 procedimento de partida ou durante um regime de trabalho do motor (100).
26. Método de acordo com as reivindicações 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que as etapas i a v se repetem através de ciclos de iterações até o instante de parada do motor (100).