PT1484835E - Método e sistema de regulação de binário eletromagnético instantâneo e meio de registo para a realização do método - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "MÉTODO E SISTEMA DE REGULAÇÃO DE BINÁRIO ELETROMAGNÉTICOINSTANTÂNEO E MEIO DE REGISTO PARA A REALIZAÇÃO DO MÉTODO" A invenção refere-se a um método e sistema deregulação do binário eletromagnético instantâneo de umamáquina elétrica rotativa polifásica e a um meio de registode informações para a realização desse método.

Mais especrf icamente, a. invenção refere-se a ummétodo de regulação em que a máquina elétrica rotatrva estáequipada com enrolamentos de estator e/ou rotor alimentadospor uma tensão e uma corrente geradas por um inversor,sendo o inversor formado por interruptores cuja comutação écontrolável, compreendendo o método: — um passo de comutação dos interruptores do inversorutilizando um processo de modulação de largura deimpulsos síncronos com a frequência fundamentar daitensão gerada peio inversor, sendo o processo demodulação configurado em função de uma referência deentrada, e em cada instante de regulação, um passo de cálculo dareferência de entrada, a partir de uma referência debinário instantâneo. 0 documento JP 09247953 descreve um método dotipo anterior que permite, quando a frequência do inversoratinge um limiar predeterminado e o processo de modulaçãode largura de impulsos é assíncrono, comutar o processo demodulação para. um modo síncrono.

Na descrição que se seque, os termos "motor” e'binário'' designam, respetivamente, uma máquina elétricarotativa poiífásíca e o binário eletromagnético de uma talmáquina. Além disso, os termos "fundamental" e "harmónica"designam, respetivamente, a componente sinusoidal defrequência, mais baixa de um sinal e as harmónicas de ordemsuperior ou igual a dois. 0 termo harmónica é, por conseguinte, utilizadono presente documento para designar apenas as harmónicas deordem superior ou igual a dois.

Os métodos de regulação do binário instantâneo deum motor são utilizados em inúmeros domínios, tais como,por exemplo, para controlar os motores de acionamento de umlaminador„

Existem muitos métodos de corte, por um inversor,de ima uensa.o conu.inua. para. errar uma uensa.o a.rternada.polifásica. Entre estes, os métodos de controlo pormodulação de largura de impulsos, também conhecida pelotermo "Pulse Width Modulation" (PWM), em inglês, são osmais utilizados. As modulações de largura de impulsos sãodivididas em duas famílias, respetivamente denominadas"assíncrona" e "síncrona".

As modulações de largura de impulsos assíncronasdeterminam os instantes de comutação dos interruptores doinversor pela intersecção de uma portadora de frequênciaelevada assíncrona em relação à frequência fundamental datensão gerada pelo inversor e um sinal modulante sinusoidalcom a frequência de estator desejada.

As modulações de largara de impulsos síncronassão, pelo contrário, sincronizadas relativamente àfrequência fundamentai da tensão gerada peio inversor. Sãodefinidas por ângulos definindo os instantes e o número decomutações durante cada período da. fundamental da tensãogerada. Tipicamente, uma vez que cada modulação de largurade impulsos síncrona corresponde a uma determinada tensãogerada pelo inversor, a unidade de controlo está adaptadapara aplicar vários tipos de modulação de largura deimpulsos síncrona. Neste caso, cada tipo de modulação delargura de impulsos síncrona é definida pelo valorparticular dos ângulos utilizados para a construir. Assim,duas modulações de largura de impulsos síncronas tendodiferentes valores de ângulo correspondem, cada uma, a umtipo diferente de modulações de impulsos de largura nadescrição que se segue.

Durante o método de regulação, a unidade decontrolo seleciona o tipo de modulação de largura deimpulsos a utilizar com base, por exemplo, na amplitude datensão que o inversor deve gerar.

Para cada tipo de modulação, o valor dos ângulosutilizados é, geralmente, pré-calculado para eliminaralgumas ordens de harmónicas predefinidas, o que é uma dasvantagens das modulações de largura de impulsos síncronas.

No caso de métodos de regulação do binárioinstantâneo de um motor, o tipo de modulação é selecionado,em particular, em função da referência de binárioinstantâneo. Ver if icou-se que, para esses métodos d.eregulação, as vantagens associadas com a. utilização demodulações de largura de impulsos síncronas não existem ou então, existem apenas parcialmente. Na verdade, apesar decada tapo de modulação ser construído para eliminardeterminadas ordens de harmónicas, isso não acontece ouentão, acontece apenas parcialmente. A invenção visa, por conseguinte, superar esseinconveniente ao propor um método de regulação do binárioinstantâneo de um motor utilizando um processo de controlopor modulação de largura de impulsos síncrona, e mantendo,ao mesmo tempo, as vantagens associadas com a utilização demodulações de largura de impulses assíncronas. A invenção tem, por conseguinte, como objetivo ummétodo de regulação tal como descrito acima, caracterizadopor compreender um passo de determinação do intervalo detempo entre dois instantes de regulação sucessivos de modoa que, desde que a referência de binário instantâneo sejaconstante, este intervalo de tempo corresponda. a. ummúltiplo inteiro do período de oscilação do binário j T; C’ i~ .-p T; j~ Sj pt o. zq qs rn i ,·->- pj n o c:\ rq ,·-Ν ,·-χ p-' o -f ç:·. r p r\ p zq q p 1 ç. ,·- ,¾ zq ΠΙΟ C Cl. 1 i L. d i l v,. V.' V.Í <_a j. i. P_a LI l í Cl ^ O v,. 1 1 d Cl d. J_ d. d. 0. ν„· O ·_- d__L >_a p- Cl \_· provocada por harmónicas de ordem superior ou igual a dois da. tensão e/ou da corrente geradas peio inverses,

Os diferentes tipos de modulações são construídosde modo a eliminar determinadas ordens de harmónicas datensão gerada pelo inversor. No entanto, o conjunto dasharmónicas não é eliminado, o que gera oscilações dobinário instantâneo. Mars específicamente, o binárioinstantâneo resulta da sobreposição de um bináriofundamental substancialmente constante e criado peiafundamental da tensão e de um binário pulsante criado pelasharmónicas d.a tensão. Este binário pulsante oscila váriasvezes por período da fundamental de tensão. A figura. 1 mostra a evolução do binárioinstantâneo de um motor durante um período T d.a fundamentalda tensão gerada por um inversor controlado por umamodulação de largura de impulsos síncronos. As curvas 4 e 6mostram a evolução do binário r instantâneo ao longo d.otempo quando, respetivamente, uma. primeira modulação delargura de impulsos síncrona, MLI1, e uma segunda modulaçãosíncrona, ML12, diferentes são utilizadas. Cada uma destascurvas mostra. oscilações em torno de um valor médiomostrado, respetivamente, por eixos horizontais tracejados,r e rm2. Para simplificar a ilustração da figura 1, osperíodos indicados por T" das oscilações do binárioinstantâneo gerados pelas modulações ML II e MLI2 foramrepresentados corno idênticos. Além disso, para simplificara explicação que se segue, essas oscilações são mostradascomo estando em fase, A referência de binário instantâneo érepresentada pela linha horizontal fina Pcs.

Neste caso, cada mínimo da curva 4 e cada máximoda curva 6 estão localizados na linha fina Γβ3.

Assume-se, agora, que o método de regulação é ummétodo de regulação utilizando uma operação de controlo comresposta de tempo mínimo de modo a obter o binárioinstantâneo a partir do instante seguinte de regulação.

Para compreender melhor por que é que o métodosupracitado resolve o problema colocado, as causas dosproblemas serão discutidas abaixo em mats pormenor aoassumir, em primeiro lugar, que um dos métodos de regulaçãoconhecidos é implementado. Neste método conhecido, ointervalo de regulação é escolhido arbitrariamente. Neste ca.so, para simplificar a. explicação, assume-se que esseintervalo d.e regulação escolhido arbitrariamentecorresponde a

Nesta situação, no instante 0, o processo decontrolo com resposta de tempo minimo seleciona a modulaçãoMLIi para. obter, no instante seguinte de regulação, a.referência res,

No instante seguinte de regulação o processode controlo com resposta de tempo mínimo leva à. seleção damodulação MLI2 para obter, no instante T”, a referencia ree.

No contexto meramente ilustrativo da figura 1,verifica-se, por conseguinte, que, para uma mesmareferência constante de binário instantâneo, Ius, oprocesso de controlo com resposta de tempo mínimo selecionaalternadamente as modulações ML lhe MLI2- Mas, cadaalteração de tipo de modulação cria harmónicas que nãopodem ser limitadas por construção de modulações MLL· eMLI2.

Isto explica o motivo por que as vantagens dautilização de uma modulação de largura de impulsossíncronos não são obtidas quando esta é realizada nocontexto de um método conhecido de regulação do binárioinstantâneo. O método supracitado propõe, para solucionar esteinconveniente, determinar, além disso, os instantes deregulação para que estes sejam, múltiplos inteiros d.operíodo de oscilação do binário instantâneo provocada pelasharmónicas de corrente e tensão. Assim, no caso particular da. figura 1, os instantes de regulação são determinadoscomo sendo múltiplos inteiros do período T. Cora uma talescolha, desde que a referência rc,, seja constante, aoperação de controlo com resposta de tempo mínimo leva àseleção, em cada instante de regulação, da mesma modulaçãode largura de impulsos, neste caso, por exemplo, amodulação MLI2. Consequentemente, o número de alterações detipo de modulações é consideravelmente reduzido e cada tipode modulação é selecionado por um tempo suficientementelongo para que as harmónicas que devem ser eliminadas os e j am„

De acordo com outras características do método deacordo com a invenção, este é caracterizado por: — o passo de cálculo compreender um processo de controlocom resposta de tempo mínimo de modo a que areferência de binário instantâneo seja obtida noprimeiro instante de regulação; — o referido intervalo ser determinado, além. disso, emfunção da referência de binário instantâneo, daposição e da velocidade angular do rotor da referidamáquina; — para uma máquina síncrona com polos lisos, o referidointervalo de tempo é determinado utilizando asseguintes relações

era que : — Φ., é ο .fluxo de rotor predefinido dos imanes, L é a indutância do estator d.a referida máquina, — X é definido pelai relação X-L.q, em que ω é a

velocidade angular do rotor, — Z é definido por em que R é a resistência do estator da máquina, — la {0) e Iq (0} são os componentes do vetor de corrente instantânea medido no instante deregulação, num sistema rotativo de eixos d, qassociado ao fluxo de rotor, estando o eixo dalinhado com o fluxo de rotor; — Id(D e Iq(T) são os componentes de um vetor de referência de corrente correspondente àreferência de binário instantâneo no sistema deeixos d, q e — Po é o ângulo entre o sistema de eixos d, q e um sistema de eixos ot, 3 fixo associado aos enrolamentos do estator. os instantes de regulação estão espaçados uns dos Τ' outros por um intervalo de tempo iaual a. —, emque p é o número de fases da máquina e Τ' é o período da fundamental da tensão gerada, peloinversor; os instantes de regulação serem escolhidos de modo acorresponderem exatamente aos instantes em que a faseda fundamental da tensão gerada pelo inversor é iguala. —, sendo k um número inteiro. — compreender um passo de retificação da referência debinário instantâneo quando o intervalo de tempodeterminado exced.e um valor limiar predef inido detempo, compreendendo o referido passo de retificação: a) uma operação consistindo em utilizar comovalor do referido intervalo o valor do limiarexcedido, e b) uma operação de estabelecimento de umareferência de binário instantâneo temporária quepode ser alcançada com o valor do intervalo detempo estabelecido durante a operação a); compreender um passo de retificação da referência de binárioinstantâneo, quando a referência de entrada a utilizardurante o passo de controlo excede um limite predefinido dereferência, compreendendo o referido segundo passo deretificação: — uma operação de estabelecimento de uma novareferência temporária de binário instantâneo para.a qual o limite predefinido de referência érespeitado; — o limite predefinido de referência é medido emca.d.a instante de regulação atual. A invenção também se refere a um meio de registode informações, caracter.iza.do por compreender instruçõespara a execução de um método de regulação do binárioinstantâneo de acordo com a invenção, quando as instruçõessão executados por um calculador eletrónico, A invenção também se refere a um sistema deregulação do binário instantâneo de uma máquina elétricarotativa polifásica equipada com enrolamentos de estatore/on rotor alimentados por uma tensão e uma correntegeradas por um inversor, sendo o inversor formado porinterruptores cuja comutação é controlável, compreendendo oreferido sistema: — uma unidade de controlo da comutação dos interruptoresdo inversor adaptada para implementar um processo demodulação de largura de impulsos síncrona com afrequência fundamental da tensão gerada pelo inversor,sendo o processo de modulação configurado em função deuma referência de entrada, e uma unidade de cálculo da referência de entrada apartir de uma referência de binário instantâneo, caracterizado por compreender uma unidade de determinaçãodo intervalo de tempo entre dois instantes de regulaçãosucessivos de modo a que, desde que a referência de binárioinstantâneo seja. constante, este intervalo de tempocorresponda a um múltiplo inteiro do período da oscilaçãodo binário instantâneo da máquina, sendo a referidaoscilação provocada por harmónicas de ordem superior ouigual a dois da tensão e/ou corrente geradas pelo inversor. A invenção será melhor compreendida através daleitura da descrição que se segue, dada unicamente a titulode exemplo e recorrendo aos desenhos, nos quais: a figura I é um gráfico que representa a evolução dobinário instantâneo em função de tempo, — a figura 2 é uma ilustração esquemática de um sistemade regulação de acordo com a invenção, a figura 3 é um gráfico que representa a evolução aolongo do tempo de um sinal de controlo de uminterruptor gerado pelo sistema da figura. 2, ea figura. 4 é um organigrama de um método de regulaçãode acordo com a invenção. A figura 2 mostra um sistema 2 de regulação dobinário eletromagnético instantâneo de um motor 4 equipadocom um estator e um rotor. A descricão que se segue seráfeita no caso particular em que o motor 4 é um motortrifásico síncrono com polos lisos de imanes permanentesmontados na superfície do rotor. 0 motor 4 está equipadocom enrolamentos de estator.

Para este fim, o sistema 2 está apto a receber, àentrada, uma referência de binário instantâneo, Γοβ, e a convencional. Este inversor 8 é alimentado por uma fonte 10de tensão contínua.

Convencionalmente, este inversor 8 compreendetrês braços, ou "leg" em Inglês, sendo cada braço formadopor dois interruptores ligados em série por intermédio deum ponto médio. O ponto médio de cada braço está ligado aos enrolamentos de estator do motor 4, de modo a alimentar, emtensão e em corrente, cada fase do motor. 0 sistema 2 compreende uma unidade 20 de controlodo inversor 8 em função de uma referência de entrada e umaunidade 22 de cálculo dessa, referência d.e entrada em. funçãoda referência rcs. Neste caso, a referência de entrada é um vetor de tensão V definido pelo seu módulo

e um ânguloβο num sistema ortonormal fixo de eixos oí, 3 ligado aoesta.ror. O ângulo 3o é definido relativamente ao eixo αdeste sistema de eixos. Este sistema de eixos éfrequentemente utilizado e não será descrito em marsdetalhe, A unidade 20 de controlo compreende um módulo 26de controlo da comutação dos interruptores do inversor 8por modulação de largura de impulsos e um módulo 28 deseleção do tipo de modulação. 0 módulo 26 está configurado para controlar acomutação dos interruptores do inversor 8 de acordo com ovalor do ângulo βο e de ângulos oç selecionados pelo módulo28. Para este efeito, o módulo 26 implementa nm processoconvencional de modulação de largura de impulsos sincronacom a frequência fundamental da tensão gerada pelo inversor 8. Um exemplo de um sinal de controlo gerado peio módulo 26é mostrado na figura 3. A figura 3 mostra a evolução do sinal de controlode um interruptor superior de um braço do inversor ao longodo tempo. Neste caso, por exemplo, o valor 0 do sinalindica que a abertura do interruptor é controlada, enquanto

,··> t t.P I r-, τ' 1 ί ρΗί r' .p mi ο γ\ ~F ;ρ ,·-' "h r> Hr·, \ n f-rri rr·, f-r &amp; r-nn trri I 3 Η η 7X figura. 2 mostra os instantes de regulação em. função da faseda fundamenta.1 de tensão gerada pelo inversor 8. 0 intervalo [0, 2n] é dividido em quatro subintervalos iguais, πι, n2, n3 e rm. No intervalo nír os instantes decomutação do interruptor são definidos pelos ângulos oq.Neste caso, sete ângulos oç são necessários para. definir ascomutações do interruptor durante o intervalo m e amodulação de largura de impulsos mostrada aqui é, porconseguinte, denominada de "sete ângulos”. Os instantes decomutação nos intervalos ug a. nq são deduzidos dos definidospara o intervalo n3 por transformações convencionais. Ossinais de controlo dos outros interruptores são deduzidosdo d.a figura 2, deslocando por 2sr/f? o sinal da. figura 2, emque p é o número de fases do motor 4. A fim de eliminar as harmónicas de ordem par e asharmónicas de ordem múltipla de três, o sinal de controlotem, neste caso, dois eixos de simetria de abcissas u/2e 2ú?:/2 e um ponto de simetria P na abcissa n.

Assim, é definido um tipo de modulação quando ovalor dos ângulos ou é conhecido. O valor dos ângulos ou fixa o módulo dafundamental da tensão gerada pelo inversor e é, assim, obinário médio do inversor. O módulo 28 está. apto a selecionar e emitir ovalor de ângulos ou correspondendo ao valor do módulo de tensão ijF jj recebido à entrada. Para este efeito, o módulo2 8 está associado a uma memória. 32 contendo uma tabela TPcom a seguinte forma:

Esta. tabela Tf está configurada, para associas: acada. valor normalizado

do módulo de tensão

, o valor dos ângulos on*. permitindo ao inversor 8 gerar uma tensãocujo módulo da fundamental é igual ao módulo

. A relação permitindo passar o valor normalizado do modulo HF jj para ovalor produzido pelo módulo 24 é a. seguinte:

em que: Í’M é o valor instantâneo da tensão nos terminais dafonte 10.

Se o valor normalizado

se situar entre dors valores pré-gravados na tabela TP, o mód.uio 28 de seleçãoestá apto a calcular, por interpolação linear, os valorescorrespondentes dos ângulos ou . A. unidade 22 de cálculo compreende um módulo 40de conversão e um módulo 42 de controlo com resposta detempo mínimo. 0 módulo 40 está configurado para converter,convencionalmente, a referência rcs numa referência de corrente ? (Γ) . A. referência de corrente i (Γ) é, aqui,definida pelos seus componentes Jd(T) e Iq(T) num sistemaortonormal de eixos d, q rotativo associado ao fluxo dorotor, estando o eixo d. alinhado com o fluxo do rotor. Estesistema de eixos d, q é convencional e a passagem dascoordenadas expressas no sistema de eixos a, S para asexpressas no sistema de eixos d, q é realizada por umasimples rotação dos eixos de referência. O módulo 42 recebe, à entrada, oscomponentes la (T) e ϊa- (T) e emite para a unidade 2 0 os valores do módulo

e do ângulo βο do vetor de tensão. O módulo 42 está adaptado para calcular o valor do vetor de tensão Vpara que, no instante seguinte deregulação, a referência de binário instantâneo correspondente à referência i (T) seja. obtida. Para esteefeito, o módulo 24 implementa nm processo de controlo comresposta de tempo mínimo, também conhecido pelo termoinglês "deadbeat control". Por exemplo, aqui, o processoutilizado é descrito no pedido de patente EP-A-1233506.Recorde-se, por conseguinte, que a relação utilizada para calcular o valor do vetor de tensão Fem função dareferência i(Γ) é a seguinte:

O) em que:

θ V

é a evolução natural das correntes instantâneos do estatordo motor era curto-circuito depois de um intervalo deregulação, T, a partir do estado inicial da corrente deestator no instante de medição e de regulação anterior dascorrentes . T é o rntervalo de tempo entre o instante deregulação atuai e o instante seguinte de regulação, R é aresistência de estator do motor, L é a indutância deestator do motor e x é a constante de tempo do 0 31;. fj. t Ο Γ

0 ângulo βo é transmitido diretamente para omódulo 26 de controlo, enquanto o móduloé transmitidopara o módulo 28 de seleção.

Deve salientar-se que, para determinar o vetor detensão V, o módulo 42 tem que conhecer o intervalo detempo T entre dois instantes de regulação.

Para este fim, o sistema 2 compreende uma unidade44 configurada para determinar o valor do intervalo emfunção da referência de corrente i(Γ) .

Na. forma de realização descrita no presentedocumento, o sistema 2 também compreende urna unidade 4 6 deretificação da referência de binário instantâneo quandoesta não pode ser obtida a partir do instante seguinte deregulação devido a limitações funcionais d.o sistema 2 ou d.oinversor 8. Mais especificamente, a unidade 46 compreendeum módulo 48 de retificação da referência de binárioinstantâneo quando o intervalo T determinado pela unidade4 4 excede limiares idm e T:íax predef in idos, A unidade 4 6também compreende um módulo 49 de retificação da referênciade binário instantâneo, quando o módulo jjF jj emitido pelomódulo 42 excede um limite VM de tensão contínua máximopredefinido. Para este efeito, a unidade 46 está ligada àunidade 44 de modo a conhecer o valor do intervalo T e à.saída do módulo 42 de modo a conhecer o valor do móduloliFjj. A unidade 46 também está ligada diretamente à entradado módulo 42 de modo a poder fornecer-lhe uma referência debinário instantâneo retificada sob a forma de umareferência de corrente,

Mais precisamente, as unidades 44 e 46 estãoadaptadas para realizar cálculos que serão descritos quandose fizer referência à figura. 4,

Por fim, o sistema 2 compreende um sensor 50 da corrente / (O) nos enrolamentos do estator, um sensor 52 datensão Va continua gerada pela fonte 10, um sensor 54 davelocidade angular ω do rotor do motor 4 e um sensor 56 daposição angular p0 do rotor do motor 4. O sensor 50 é formado por vários sensores decorrente elementar, estando cada sensor configurado para medir a corrente nos enrolamentos do estator de uma. fase domotor 4, de modo a medir o vetor de corrente instantânea,Este sensor 50 está, além disso, configurado paratransformar o vetor de corrente instantânea medido pelaitransformação de Concordia generalizada num sistemapolifásico, de modo a emitir, diretamente, os doiscomponentes do vetor de corrente instantânea, Ij{ 0)e Igí 0) ,

Estes sensores estão ligados, em particular, àsunidades 44 e 46. No entanto, estas ligações não forammostradas para simplificar a ilustração da figura 2. G sistema 2 é, tipicamente, realizado a partir deum calculador eletrónico programável convencional apto aexecutar instruções gravadas num meio de registo deinformações. Para esse fim, o sistema 2 está associado auma memória 6 0 contendo instruções para. executam o métododa. figura 4. O funcionamento do sistema 2 vai, agora, serdescrito recorrendo ao método da figura 4.

Este método consiste em duas fases principais,uma fase 70 de inicializaçâo seguida por uma fase 72 deregulação.

Durante a fase 70, os diferentes tipos demodulação são construídos durante uma operação 74, a fim deeliminar determinadas ordens de harmónicas predeterminadas.A. operação 74 é realizada, por exemplo, utilizando umsoftware de simulação de um modelo digital do inversor 8 e do motor 4, Durante esta operação 74, é determinado o valord.os ângulos 0¾ para cada tipo de modulação.

Após a operação 74, os conjuntos de valores de ângulos os determinados são registados, durante uma operação 76, na memória 32 associada ao valor normalizado do módulo

correspondente para formar a tabela TP,

Nesta fase 70, os vários parâmetros constantes domotor 4 também sâo determinados e registados, durante umaoperação 78, na memória 60. Por exemplo, durante esta operação 70, o valor da indutância L de estator e da resistência R de estator do motor, e o valor do fluxo õg,são armazenados na. memória. 60.

Depois de terminada a fase de inicializaçâo, afase de regulação pode começar.

No instante de regulação atual, a intensidade 1(0), a tensão Vra continua, a. posição angular p0 e avelocidade angular co são medidas, durante uma etapa. 80,respetivamente, pelos sensores 50, 52, 56 e 54.

De seguida, o módulo 40 adquire o valor dareferência de binário instantâneo rcs e converte, de umaforma convencional, num passo 82, esta referência de binário rcs numa referência de corrente I (Γ) . A unidade 44, então, prossegue para um passo 86de determina.ção do valor d.o intervalo T entre o insta.nte d.eregulação atual e o insta.nte de regulação seguinte. Estepasso inicia··se com uma operação 90, na qual a unidade 4 4 de ,t:íne o valor dos parâmetros ΐΆΟ),l!(0),lS(T) e/?V) !!til,za„do as relações seguintes:

(2) em que: — Φώ é o fluxo de rotor d.os imanes, L é a indutância de estator do motor 4, — X é definido pela relação L. a, eiri que ω é a velocidade angular medida nesse instante de regulação, — Zé definido pela. relação

em que R é a resistência de estator do motor 4, — Id(0) e 1(G) são as coordenadas no sistema de eixos d, q do vetor de corrente I(0) instantâneo medido peiosensor 50 nesse instante da regulação, — Id (T) e Tq{T) são os componentes da referência devetor de corrente emitido pelo módulo 40. A partir dos valores dos parâmetros ’ lq(0) ,Id(T) ,Iq(T) estabelecidos durante a operação 90, aunidade 44, durante uma opera.ção 92, estabelece o valor dosângulos <pd e <p0 utilizando as seguintes relações:

em que o símbolo || ... jj representa o módulo de um vetor.

Acima, foi explicado que o binário instantâneo sedecompõe num binário substancialmente constante lo e numbinário pulsante. Neste caso, as modulações de largura deimpulsos são construídas para eliminar as harmónicas deordem par e as harmónicas de ordem 3n, em que n é um númerointeiro, como aqui, estabeleceu-se que o period© do bináriopulsante é T*/2p, em que Τ' é o período da fundamental datensão gerada pelo inversor e p é o número de fases domotor A, Especi f icamente, verificou-se que o binário instantâneo é repetido sempre que o vetor de tensão V formaum ângulo ku/p com o eixo a do sistema de eixos α, B,

Para este fim, para determinar o intervalo detempo Tf é adicionada ao sistema de equações da relação (I)uma equação adicional que expressa o facto de a fase dovetor de tensão V dever ser um múltiplo de Por exemplo, isso é expresso pela seguinte relação matemática:

em que: VQ e lg são as coordenadas do vetor de tensão

no sistema de eixos α, β.

Deve salientar-se que o sistema de equações (1) éum sistema de duas equações com três incógnitas (T, Vci e Vq)e, por conseguinte, é sempre possível encontrar uma soluçãopara este sistema de equações (1), mesmo adicionando umarestríça.o adicional sobre as incógnitas Vd e Vq.

Unia solução ana.lit.ica do sistema de equações (1)ao qual foi adicionada a relação (4) é expressa pelaseguinte relação:

(5) em que: ........ po é o ângulo do sistema de eixos d, q relativamente ao sistema de eixos oí, β, sendo este angulo p0 medidopelo sensor 56 e, ........ k é um numero inteiro compreendido no conjunto

As outras variáveis desta relação já foramdefinidas durante as operações 90 e 92. A unidade 44 determina o valor do intervalo T aoresolver, por iterações sucessivas, a relação (5) . Matsespecíficamente, a unidade fixa 44, durante uma. operação94, um valor iniciai Τε para o intervalo T e calcula aparte cia. direita da relaçao (õ) para esse valor ΐ » Para um valor de Ts igual a 1/ (6.Np.pm) , em que Np é o número depares de polos do motor 4 e Fm é a frequência mecânica dorotor do motor 4 medida pelo sensor 54.

Em seguida, a unidade 44 calcula, numa operação96, o valor do intervalo T para que a parte esquerdacorresponda ao valor estabelecido para a parte direitadurante a operação 94. A unidade 44, em seguida, regressa à. operação 94,escolhendo, como valor inicial Ttf o definido para ointervalo T durante a operação 96.

As operações 94 e 96 são, portanto, reiteradasaté que o valor do intervalo T seja estabelecido com uma

Em seguida, o valor do intervalo T é comparado,durante uma operação 98, aos dois limiares de tempo, Tmin eTmax. Abaixo do limiar T,„jn, o intervalo de tempo T é muitopequeno para que os cálculos possam ser realizados em temporeal. Acima do limiar Τπιδχ, os instantes de regulação sãomuito espaçados uns dos outros, o que deixa o motor semcontrolo por muito tempo.

Se o valor do intervalo T estiver compreendidoentre os d.ois limiares '.1.1,1 n e Tffias, um passo 99 de cálculo d.o módulo ||F ij e do ângulo 3o é executado.

Se, durante a operação 98 de comparação, o valordo intervalo T previamente estabelecido exceder um desteslimiares, o módulo 48 realiza um primeiro passo 100 deretificação da referência de binário instantâneo.

No inicio do passo 100, o valor do intervalo T éfixado, durante uma operação 102, com o valor do limiar quefoi excedido, isto é, o valor do limiar TT5lLl ou do limiarT3ax-

Em seguida, durante uma operação 104, uma novareferência de binário instantâneo temporária, que pode serobtida no intervalo T fixado durante a operação 102, é estabelecida. Para este fim, a relação (5) é resolvida nocaso em que o valor do intervalo T é o definido na operação102 e fixando o valor de Jd(T) ou de I (T) . Por exemplo, nocaso em que se pretende manter o binário, fixa-se o valorde Iq(T) igual, ao definido pelo módulo 40, enquanto ovalor IC] (7) é uma. incógnita.. A. relação (5) é, então,escrita na seguinte forma:

(6) em que: ΤΕ é o valor do intervalo T fixado na operação 102.

No caso em que se deseja manter a áesexcita.ção,fixa-se o valor de ld(D igual ao definido pelo módulo 40 eo valor de Iq(T) é definido utilizando a seguinte relação:

(V) A unidade 44 resolve a equação (6) ou a equação(7) por um processo de iterações sucessivas de modesemelhante ao que foi descrito para as operações 94 e 96.

Após o passo 100, o método prossegue para o passo9 9

Durante o passo 99, um processo de controlo comresposta de tempo mínimo é implementado para estabelecer o vetor de tensão V a partir da referência i(Γ) e do valor dointervalo id Este processo já foi descrito na patente EP A1233506 e não vai ser descrito em detalhe no presentedocumento. O módulo IIgerado pelo módulo 42 é comparadopela unidade 46, durante um passo 110, com o limite de tensão vb medida pelo sensor 52, Se o módulo iiF jj não forsuperior ao limite VM, o método continua com um passo 112de controlo da comutação dos interruptores do inversor 8.

Caso contrário, a unidade 46 executa um segundopasso 114 de retificação da referência de binário instantâneo.

Durante o passo 114, é calculada uma referênciatemporária de binário instantâneo. Para este fim, a relação (5) é resolvida tendo em conta uma restrição adicional, segundo a qual um módulo de tensão ||F || não pode sersuperior ao limite VK. Esta restrição adicional é expressapela seguinte relação:

(8) em que: — Id (^) e li (-^) representam a evolução natural do motor para uma tensão nula. e são derruídos na patente EP A1233506, G sistema de equações formado pelas relações (5)e (8) também pode ser escrito como:

O sistema de equações (9) consiste em duas equações, permitindo as duas calcular o intervalo T apartir de coordenadas do vetor de referência de corrente ϊ (T) . Quando o limite de tensão vq é atingido, já não é possível, no caso geral, impor Iq(T) r Id(T) e o valor do intervalo T correspondente. O facto de atingir o limite detensão VM, então, leva à perda de um grau de liberdade,

Para resolver esse sistema (9) , o módulo 49 fixa, duranteuma operação 116, um dos dois componentes do vetor de corrente I(T) e calcula o intervalo de tempo T utilizandouma de duas equações do sistema (9). Em seguida, duranteuma operação 118, utilizando a outra equação do sistema 26e o valor do intervalo T calculado na operação 116, o valor da outra coordenada do vetor de referência de corrente I(Γ)é calculado.

Por exemplo, se se definir que o valor do componente Ισ(Γ) é igual ao valor aplicado à entrada do módulo 42, o valor do intervalo de tempo T é definido pelasrelações seguintes:

Outra possibilidade consiste em fixar o valor docomponente Id(Γ) e calcular o intervalo T utilizando asseguintes relações:

Após o passo 114, o método regressa ao passo 98de comparação do valor do intervalo T com. os limiares Tiain e ii.iax

No passo 112, o módulo 28 de seleção seleciona,na. memória 32, durante uma operação 130, o valor dos ângulos oç correspondendo ao módulo iiF jj e fornece essesângulos ao módulo 26.

Depois, o módulo 26, durante uma operação 132,controla a comutação dos Interruptores do inversor 8utilizando a modulação de largura de impulsos definidapelos ângulos a, recebidos.

Até a.o instante de regulação seguinte, o módulo26 continua a controlar os interruptores do inversor 8utilizando o mesmo tipo de modulação.

Após o passo 112 e no instante de regulaçãoseguinte, o método regressa ao passo 80.

Assim, o método acima descrito só regula obinário instantâneo em instantes em que a fase do vetor de tensão ||V jj faz um ângulo de 3rti COm o eixo a do sistema de eixos oç β. Devido a esta propriedade, o binárioinstantâneo é regulado apenas em múltiplos inteiros doperíodo das oscilações do binário instantâneo gerado pelasharmónicas de tensão. Como explicado quando se fezreferência, a. figura 1, isso permite limitar as mudanças detipos de modulação e, por conseguinte, a geração deharmónicas descontroladas.

Assim, o método da figura 4 combina, as vantagensde um método de controlo com resposta de tempo mínimo comas vantagens associadas à utilização de modulação delargura de impulsos síncronos. Em particular, este método émuito dinâmico e permite garantir a ausência dedeterminadas ordens de harmónicas.

Claims (11)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Método de regulação do binárioeletromagnético instantâneo de uma máquina elétricarotativa polifásica equipada com enrolamentos de estatore/ou rotor alimentados por uma tensão e uma correntegeradas por um inversor, sendo o inversor formado porinterruptores cuja comutação é controlável/ compreendendo oreferido método: — um passo {112} de controlo da comutação dosinterruptores do inversor utilizando um processode modulação d.e largura de impulsos síncronos coma frequência fundamentai da tensão gerada peloinversor, sendo o processo de modulaçãoconfigurado em função de uma referência de ip 111, .Γ. ciCiei f Θ em cada instante de regulação, um passo (99) decálculo da referência de entrada, a partir de umareferência de binário instantâneo/ caracterizado por compreender um passo (86) de determinaçãodo intervalo (T) de tempo entre dois instantes de regulaçãosucessivos de modo a que, desde que a referência de binárioinstantâneo seja. constante, este intervalo de tempo do binário instantâneo da máquina, sendo a referidaoscilação provocada por harmónicas d.e ordem superior ouigual, a dors da tensão e/ou da corrente geradas pelo
2. 2. Método, de acordo com. a reivindicação 1, caracterizado por o passo de cálculo compreender um processo de controlo com resposta de tempo minímo de modo aque a referência de binário instantâneo seja obtida noprimeiro instante de regulação,
3. 3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o referidointervalo ser determinado, além. disso, em função dareferência de binário instantâneo (rCs) / da posição (p0) eda velocidade angular (ω) do rotor da referida máquina.
4. 4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por, para uma. máquina síncrona, com poloslisos, o referido intervalo de tempo (T) ser determinadoutilizando as seguintes relações

   em que: Φ3 é ο fluxo de rotor predefinido dos imanes, L é a indutância do estator da referrda máquina,

   — X é definido pelai relação X-L.q, em que ω é avelocidade angular do rotor, Z é definido por em que R é a resistência do estator da máquina, — Ia{0) e Iq (0) são os componentes do vetor de corrente instantânea medido no instante deregulação, num sistema rotativo de eixos d, q associado ao fluxo de rotor, estando o eixo dalinhado com o fluxo de rotor; — TC:\T) e Iq(T) sâo os componentes de um vetor de referência. de corrente correspondente àreferência de binário instantâneo no sistema deeixos d, q e po é o ângulo entre o sistema de eixos d, q e um sistema de eixos ot, β fixo associado aos enrolamentosd.o estator,
5. 5. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracteri zado por os instantesde regulação estarem espaçados uns dos outros por um intervalo de tempo igual a

   em que p é o número de fases da máquina e Τ’ é o período da fundamentai da tensão geradapelo inversor.
6. 6. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado por os instantes de regulação seremescolhidos de modo a corresponderem exatamente aosinstantes em que a fase da fundamental da tensão geradapelo inversor é igual a

   , sendo k um número inteiro,
7. 7. Método, de acordo coin qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado por compreender umpasso (1G0) de retificação da referência de binárioinstantâneo quando o intervalo (T) determinado excede umlimiar predefinido de tempo, compreendendo o referido passode retificação: a) uma operação (102) consistindo em utilizarcomo valor do referido intervalo o valor dolimiar excedido, e b) uma operação (104) de estabelecimento de umareferência de binário instantâneo temporária quepode ser alcançada com o valor do intervalo detempo estabelecido durante a operação a);
8. 8. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado por compreender umpasso (114) de retificação da referência de binárioinstantâneo quando a referência de entrada a utilizardurante o passo (112) de controlo excede um limitepredefinido de referência, compreendendo o referido segundoP a s s o d θ r e t .1 i i. c s c a o * uma operação (118) de estabelecimento de uma novareferência temporária de binário instantâneo paraa qual o limite predefinido de referência érespeitado.
9. 9. Método, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado por o limite predefinido de referência sermedido (em 80) em cada instante de regulação atual.
10. 10. Meio (60) de registo de informações,caracterizado por compreender instruções para a execução de uni método de regulação do binário instantâneo de acordo comqualquer uma das reivindicações anteriores, quando asinstruções são executados por um calculador eletrónico.
11. 11. Sistema de regulação do binárioeletromagnético instantâneo de uma máquina elétricarotativa polifásica equipada com enrolamentos de estatore/ou rotor alimentados por uma tensão e uma correntegeradas por um inversor, sendo o inversor formado porinterruptores cuja comutação é controlável, compreendendo oreferido sistema: uma unidade (20) de controlo da comutação dosinterruptores do inversor adaptada paraimplementar um processo de modulação de largurade impulsos síncrona com a frequência fundamentalda tensão gerada pelo inversor, sendo o processode modulação configurado em função de umareferência de entrada, e uma unidade (22) de cálculo da referência deentrada a partir de urna referência de binárioinstantâneo, caracterizado por compreender uma unidade (44) dedeterminação do intervalo de tempo entre dois instantes deregulação sucessivos de modo a que, desde que a referênciade binário instantâneo seja constante, este intervalo detempo corresponda a um múltiplo inteiro do periodo daoscilação do binário instantâneo da máquina, sendo areferida oscilação provocada por harmónicas de ordem superior ou igual a dois da tensão e/ου corrente geradaspelo inversor.