WO2013086591A1 - Método de controle de um dispositivo de geração de energia elétrica contendo um motor a combustão interna com ignição por centelha acoplado a um alternador - Google Patents

Abstract

A invenção se refere a um método de controle de um dispositivo gerador de energia elétrica contendo um motor a combustão interna com ignição por centelha acoplado a um alternador, o dito dispositivo gerador de energia elétrica compreendendo uma válvula borboleta que regula a alimentação de ar ao motor e meios de controle que recebem dados da carga demandada na saída do dispositivo gerador de energia elétrica, dados da carga gerada pelo dispositivo gerador de energia elétrica e dados dos parâmetros de operação dos componentes do dispositivo gerador de energia elétrica, e controlam a operação do dispositivo gerador de energia elétrica.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE CONTROLE DE UM DISPOSITIVO DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA CONTENDO UM MOTOR A COMBUSTÃO INTERNA COM IGNIÇÃO POR CENTELHA ACOPLADO A UM ALTERNADOR".

A presente invenção refere-se a um método de controle de um dispositivo de geração de energia elétrica contendo um motor a combustão interna com ignição por centelha acoplado a um alternador que realiza o controle da geração e do fornecimento de energia baseado na potência do equipamento, sendo o controle ajustado em tempo real, garantindo um me- nor tempo de resposta e uma maior estabilidade da energia fornecida pelo gerador.

Descrição do estado da técnica

Os motogeradores são dispositivos de geração de energia elétrica que podem ser utilizados para geração e fornecimento de energia elétri- ca, a qual é gerada inicialmente através de um motor de combustão, o qual alimenta um gerador elétrico que então converte a energia mecânica do motor em energia elétrica a ser entregue a um equipamento elétrico ou a uma rede de fornecimento de energia elétrica.

Estes motogeradores podem usar motores de combustão a gás, a diesel ou motores de ignição por centelha. Entretanto, em virtude das diferentes características de operação destes motores e também da utilização que será feita do motogerador, é preciso se desenvolver e ajustar o controle do motor dentro do motogerador, para que o equipamento entregue energia elétrica dentro dos requisitos determinados pelo projeto e exigidos pela apli- cação. Geralmente, é importante que o número de rotações por minuto na saída do motogerador seja mantido constante, enquanto o torque de rotação é variado, para aumentar ou diminuir potência gerada pelo motor.

Normalmente, o controle da operação dos motores, principalmente motores a diesel, usados em motogeradores é feito medindo-se a variação do valor de rotações por minuto (RPM) na saída do motor, e em decorrência desta variação, modifica-se a quantidade de combustível e/ou de ar injetados no motor, para que o torque e a potência sejam ajustados. Esta forma de controle é especialmente adequada para motores que possuem um rápido tempo de resposta em decorrência do ajuste dos seus parâmetros de operação, como é o caso do motor a diesel, em que basta aumentar a quantidade de de combustível injetado para corrigir rapidamente a rotação.

Entretanto, para motores do tipo ignição por centelha, o tempo de resposta é sensivelmente mais lento, pois a regulagem da operação do motor é feita por meio do ajuste da abertura da válvula borboleta. Ocorre que a demora no ajuste da operação do motor pode ser extremamente peri- gosa, causando variação grande nos valores de tensão e corrente gerados pelo motogerador, o que pode causar a queima de equipamentos elétricos alimentados pela energia gerada pelo motogerador. Por isso, o controle dos motores em motogeradores deve ser muito rígido.

Por outro lado, os motores de ignição por centelha, embora nao sejam frequentemente usados em motogeradores, apresentam a vantagem de poder utilizar como combustível o etanol, o qual é um combustível renovável e, portanto, melhor para o meio ambiente. Para tanto, é necessário criar métodos de controle de motores de ignição por centelha que apresentem tempo de resposta sensivelmente mais reduzido, por exemplo, antecipando uma variação na demanda da carga a ser gerada, para viabilizar sua utilização em motogeradores.

O documento de patente PI06 1013-4 revela um motor elétrico que compreende um motor à combustão interna com ignição por centelha, ao qual é aplicado baseado no controle da carga de entrada no gerador, po- rém não realiza um controle da geração de energia. Este método mede a frequência da rede elétrica (variável física da rede) e varia o consumo de energia da carga com base no valor atual da variável física da rede em relação a um valor central daquela variável física, o qual é derivado a partir de leituras passadas da variável física da rede.

O documento de patente CN 201294478 descreve motogerador que utiliza um motor a diesel, cuja forma de ignição é por pressão e não por centelha. Um dispositivo adicional é aplicado à saída do gerador para garan- tir os valores de tensão e frequência desejados. Este documento não sugere, portanto, um método de controle que antecipe mudanças na demanda de potência produzida pelo motogerador para ajustar preventivamente a operação do motor usando um registro de dados históricos de energia e de ope- ração do motor.

O documento de patente US 4668872 mostra um sistema de controle eletrônico para um trem de acionamento normalmente aplicado a uma locomotiva. Um motogerador acionado por um motor a diesel é usado dentre os componentes desse trem de acionamento, para fornecer corrente elétrica a um motor elétrico. O sistema de controle mede os valores de tensão e corrente do gerador e os compara com valores de um ponto de ajuste de corrente e tensão gerados pelo controlador mestre, e identifica desvios entre esses valores. O sistema utiliza uma curva de valores ótimos relacionados à velocidade do motor e da injeção de combustíveis. Entretanto, este método não propõe registrar o histórico de abertura e fechamento da válvula borboleta, para controlar o funcionamento do motor do motogerador. O ajuste do controle do motor é realizado somente do último valor medido dos parâmetros de funcionamento do motor.

Nenhum dos documentos acima propõe um método de controle para um dispositivo de geração de energia elétrica contendo um motor de ignição por centelha utilizado em um alternador, dito dispositivo de geração de energia elétrica realizando um ajuste preventivo dos parâmetros de operação do motor, quando uma variação na demanda de energia a ser produzida é detectada.

Objetivos da invenção

É objetivo da invenção proporcionar um método de controle em tempo real da operação de um dispositivo gerador de energia elétrica contendo um motor a combustão interna com ignição por centelha acoplado a um alternador um motor de combustão com ignição por centelha que tenha um tempo de resposta suficientemente curto, para evitar grandes variações na potência gerada pelo motogerador, e/ou a queima de equipamentos alimentados pela energia gerada pelo motogerador. É também objetivo da presente invenção prover um método de controle de um dispositivo gerador de energia elétrica contendo um motor a combustão interna com ignição por centelha acoplado a um alternador que realize preventivamente o ajuste da operação do motor ao detectar a varia- ção de demanda energética na rede, mantendo a velocidade de rotação do motor do dito dispositivo gerador, preferencialmente um motogerador, estável, e consequentemente operando com maior estabilidade.

É ainda objetivo da presente invenção proporcionar um método de controle de um dispositivo gerador de energia elétrica contendo um motor a combustão interna com ignição por centelha acoplado a um alternador que seja capaz de assegurar a operação sincronizada do motogerador, mesmo quando ele é utilizado paralelamente com outras fontes de energia, tais como outros motogeradores, para alimentar uma rede elétrica. O método de controle deve ser adequado para controlar o funcionamento do motor quan- do o motogerador opera como mestre ou como escravo.

Outro objetivo da invenção é proporcionar um método do controle que permita que o motogerador seja capaz de operar em diferentes valores de tensão por meio de um ajuste automático das configurações de operação do gerador.

É um objeto adicional da presente invenção um método de controle de um dispositivo gerador de energia elétrica que compreende uma etapa de identificação antecipada da variação da demanda de carga.

Breve descrição da invenção

Os objetivos da invenção são alcançados por meio de um méto- do de controle de um dispositivo gerador de energia elétrica contendo de um motor a combustão interna com ignição por centelha acoplado a um alternador, o dito dispositivo gerador de energia elétrica compreendendo o referido motor dotado de uma válvula borboleta que regula a alimentação de ar ao motor, e meios de controle o método compreendendo as seguintes etapas:

- inicializar o motor e colocá-lo em modo pronto para operação;

- determinar a velocidade de rotação em que o motor a combustão deve operar em função do seu modo de operação; - medir os valores de tensão e de corrente de carga em um barramento conectado à saída do dispositivo de geração de energia elétrica;

- verificar se houve um degrau da carga demandada;

- acessar, nos meios de controle, uma tabela TPD pré-registrada que correlaciona uma carga gerada pelo dispositivo de geração de energia e uma posição correspondente da válvula borboleta do motor, para que o motor atinja a velocidade de rotação determinada;

- gerar um sinal de controle do motor contendo um comando para a posição da válvula borboleta do motor em função dos valores de tensão e corrente medidos no barramento, e enviá-lo ao motor;

- medir a potência gerada pelo dispositivo de geração de energi- a; e

- atualizar na tabela TPD o valor da carga gerada pelo motoge- rador e a posição correspondente da válvula borboleta correspondente ao sinal de controle do motor.

Preferivelmente, após a etapa de inicializar o motor, é realizada uma etapa de verificar se o motogerador irá operar em modo singelo ou em modo paralelo, sendo que quando o motogerador opera em modo singelo, o valor da velocidade de rotação é dado por um valor fixo, e quando o motoge- rador opera em modo paralelo, o valor da velocidade de rotação é determinado em função de frequência selecionada dentre frequência de rede, demanda de carga, distribuição de carga entre motogeradores e, distribuição de carga entre motogerador e uma rede.

A etapa de atualizar a tabela TPD pode compreender tanto adi- cionar novos pontos de correlação entre carga demandada e posição correspondente da válvula borboleta, quanto atualizar correlações já existentes entre carga demandada e posição da válvula borboleta.

Na etapa de verificar se houve um degrau da carga demandada, pode-se verificar se a variação de carga alcançou um valor limiar, e um in- tervalo de tempo mínimo, sendo que o valor de limiar é calculado em função da faixa de potência em que ocorre a variação de carga. Caso não seja detectado um degrau, o motogerador continua operando em regime permanen- te, e caso seja um detectado degrau, a posição da válvula borboleta é ajustada para adequar o funcionamento do motogerador ao ponto atual de operação com novo valor da carga.

Os meios de controle podem compreender uma pluralidade de tabelas TPD contendo as correlações carga demandada e posição da válvula borboleta a diferentes condições de pressão ambiental, o método pode compreender ainda uma etapa de medir a pressão ambiental e selecionar a tabela TPD correspondente àquela pressão, a qual será usada para gerar o sinal de controle da posição da válvula borboleta do motor.

A etapa de medir os dados da carga demandada na saída do motogerador preferivelmente compreende medir os dados de tensão e corrente de uma rede elétrica alimentada pelo motogerador, e a energia demandada na saída do motogerador é calculada multiplicando-se a tensão e a corrente medidas para cada fase.

A etapa de inicializar o motor e colocá-lo em modo pronto para operação compreende, preferivelmente:

- ligar os meios de controle do motogerador;

- os meios de comando enviam um sinal de acionamento para uma unidade eletrônica de controle do motor (ECU),

- bombear combustível para o motor,

- ligar o motor e medir sua velocidade de rotação até que chegue a uma velocidade de rotação inicial predeterminada,

- aquecer o motor até uma temperatura inicial predeterminada,

- a ECU envia um sinal para os meios de controle indicando que o motor está pronto para operação.

Na etapa de gerar um sinal de controle para a ECU do motor, pode ser gerado também um sinal de controle da injeção de combustível no motor.

O método de controle de acordo com a invenção pode ser usado para controlar um motor a combustível líquido, ou ainda um motor a gás.

Os objetivos da invenção são adicionalmente alcançados por meio de um método de controle de um dispositivo gerador de energia elétri- ca que compreende uma etapa de identificação antecipada da variação da demanda de carga, e uma etapa de controle do dispositivo gerador de energia em decorrência da etapa de identificação antecipada da variação da demanda de carga.

Os ditos dados da carga são preferencialmente valores de tensão e de corrente em um barramento seja ele alimentado por uma rede elé- trica ou outros dispositivos geradores de energia elétrica. É uma aplicação adicional do referido método, o controle de dispositivos geradores de energia tais como motogeradores, dispositivos compreendendo meios de capta- ção da energia eólica, sem, no entanto restringir a estes.

Descrição resumida dos desenhos

A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrito com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

Figura 1 - é um diagrama de blocos de um motogerador de a- cordo com uma modalidade preferida, ao qual é aplicado o método de acordo com a invenção;

Figura 2 - é um fluxograma mostrando as etapas do método de controle de motores à combustão interna com ignição por centelha de acor- do com uma modalidade preferida da invenção.

Descrição detalhada das figuras

Na figura 1 , é mostrado um diagrama de blocos de um dispositivo gerador de energia de acordo com uma modalidade da invenção, o qual será aqui descrito para facilitar a compreensão do seu respectivo método de controle. Na modalidade da invenção aqui apresentada, o dispositivo gerador de energia é na forma de um motogerador.

De acordo com esta modalidade da invenção, o motogerador compreende um motor a combustão interna de ignição por centelha 1 que, preferivelmente, utiliza como combustível o etanol. Entretanto, podem ser usados outros tipos de motor a combustão interna de ignição por centelha que utilizem outros tipos de combustível líquido, como, por exemplo, gasolina, ou ainda misturas de etanol e gasolina. Alternativamente, também po- dem ser usados motores de combustão a gás.

O motor a combustão é conectado a uma unidade central de controle 2 (ECU) que é responsável pelo acionamento e por ligar e desligar o motor. Além disso, um sensor 15 é acoplado ao motor, o qual mede a ve- locidade real de rotação do motor.

O motor a combustão aciona um gerador elétrico 3 que converte a energia mecânica produzida pelo motor em energia elétrica a ser fornecida a um barramento 12 ou ainda a um disjuntor principal 4, o qual fornece e- nergia a uma rede elétrica ou a equipamentos elétricos a serem alimentados pelo motogerador. A saída do gerador elétrico é, preferivelmente, conectada ao disjuntor 4 em um painel elétrico 7. Este disjuntor 4 faz a interface com o barramento 12, com a rede ou com os equipamentos conectados ao motogerador.

O motogerador compreende ainda meios de controle que são responsáveis por ler os dados de operação do motogerador e da rede, e por controlar o funcionamento do motor 1 , para garantir que a potência entregue pelo motogerador está sempre adequada à demanda no barramento 12, ao mesmo tempo mantendo a rotação do motor 1 (RPM) sempre em um valor determinado.

Nesta modalidade preferida da invenção, os meios de controle compreendem um relê 5 e um controlador 6 também acoplados ao painel eletrônico. Em um exemplo de concretização preferido, é utilizado um controlador do tipo PID. O controlador recebe dados da demanda de carga a ser fornecida pelo motogerador. Caso o motogerador esteja, por exemplo, co- nectado a uma rede elétrica, os dados de demanda recebidos pelo controlador 6 são tensão, corrente e frequência desta rede elétrica ou do barramento 12 ao qual ela está conectada. O controlador 6 também recebe dados dos parâmetros de operação dos componentes do motogerador, como por e- xemplo, dados enviados pelo sensor 15 que está acoplado ao motor à com- bustão.

Em uma modalidade preferida da invenção, o controlador 6 possui duas conexões 8, 9 com a ECU 2 do motor 1. A primeira 8 é uma cone- xão do tipo CAN, por meio da qual o controlador 6 envia à ECU 2 sinais relativos ao controle da abertura da válvula borboleta que regula a injeção de ar no motor. A segunda 9 é uma conexão comum, por meio da qual o controlador 6 envia para a ECU 2 outros dados de controle e acionamento. Esta se- gunda conexão pode ser usada, por exemplo, para transmitir dados de controle da quantidade de combustível a ser injetado do motor.

Entretanto, em modalidades alternativas da invenção, a CPU pode dispor apenas de uma única conexão com a ECU 2, por meio da qual são transmitidos todos os tipos de dados necessários entre o controlador 6 e a ECU 2. Esta conexão única pode ser uma conexão do tipo CAN, ou ainda uma conexão digital ou analógica comum, como por exemplo, um cabo.

O relê 5 recebe os dados da demanda de carga a ser fornecida pelo motogerador, por exemplo, os dados de tensão, corrente e freqúência do barramento 12 ou da rede elétrica a ser alimentada. Além disso, o relê 5 recebe sinais de controle da ECU 2 do motor 1 , que indicam o estado de operação do motor, bem como os sinais do motor que são medidos pelo sensor 15. O relê 5 pode ainda enviar dados de comando para a ECU 2 do motor. Em uma modalidade preferida da invenção, o relê está conectado à ECU através de uma primeira conexão comum 11 , por exemplo, um cabo, por meio da qual são transmitidos apenas sinais de acionamento e de estado do motor 1 , e de uma segunda conexão do tipo CAN 10, através da qual a ECU transmite para o relê 5 dados do motor 1. O relê possui ainda uma conexão 13 com o disjuntor 4, por meio da qual são transmitidos sinais elé- tricos de tensão, corrente e outras informações como potência, freqiiência, fator de potência entre outras. Além disso, o relê 5 possui uma conexão com o controlador 6, através da qual ela envia dados de controle que serão melhor descritos a seguir.

A figura 2 mostra um fluxograma do método desenvolvido para controlar a operação do motor a combustão em um motogerador, de modo a assegurar que o motogerador tenha um tempo de resposta suficientemente curto, quando há uma variação na demanda de carga no barramento 12 ou pela rede, a fim de evitar uma grande variação na potência gerada pelo mo- togerador, garantindo a estabilidade de seu funcionamento.

O método compreende uma primeira etapa de inicializar o motor 1 e colocá-lo em modo pronto para operação. Nesta etapa, o motor 1 a combustão deve ser ligado e colocado em condições de operação, ficando pronto para o início da geração de energia pelo motogerador.

Um exemplo de concretização da presente invenção é apresentado a seguir, sem no entanto restringir o escopo da mesma. A etapa de inicializar o motor começa com a inicialização do relê 5. Após ser ligado, este relê envia um sinal de alimentação para a ECU 2 do motor 1. Em seguida, um bomba de combustível do motor é ligada, e na sequência, também é a- cionado um motor de arranque do motor a combustão . O motor a combustão é então acionado para alcançar uma velocidade de rotação inicial de um valor predeterminado. Nesta modalidade da invenção, o valor inicial estabelecido é de 350 RPM. Quando o motor a combustão 1 alcança esta veloci- dade, o motor de arranque é desligado. O motor 1 é mantido neste estado de marcha lenta (idle) enquanto é aquecido, até que atinja uma temperatura predeterminada. Nesta modalidade preferida da invenção, a temperatura predeterminada é de 55° C. Quando o motor 1 atinge todas essas condições, a ECU 2 envia um sinal de um bit para o relê 5, indicando que o motor está em um modo pronto para operar (ECU status OK). O relê que estava em um estado "inicializando", ao receber esse sinal, muda para o estado "em operação", e envia para o controlador 6 um sinal indicativo de que também está pronto para operar. O controlador 6 envia, então, um sinal de a- cionamento do modo TPD (Throttle Position Driver - controle de posição da válvula borboleta) para a ECU 2 do motor, fazendo com que a ECU passe a operar em um modo de controle de posição da válvula borboleta (modo TPD).

Após a inicialização do motor 1 e de todos os componentes do motogerador, é realizada uma etapa de verificação se o motogerador irá o- perar em modo paralelo ou singelo. O modo singelo significa que o motogerador irá atuar como única fonte de geração de energia elétrica, para alimentar um barramento 12 conectado a uma rede elétrica ou equipamentos elé- tricôs.

Caso seja identificado nesta etapa que o motogerador irá operar em modo singelo, o valor da velocidade de rotação teórica é determinado como um valor fixo. Por exemplo, na modalidade da invenção aqui descrita, o valor da velocidade de rotação teórica é estabelecido como 1800 RPM.

No modo paralelo, o motogerador atua junto com alguma outra fonte de tensão, seja com outros motogeradores, seja fornecendo energia junto a uma outra rede de energia elétrica. Dependendo do modo de operação singelo ou paralelo, será determinada a velocidade de rotação teórica em que o motor a combustão deve operar. Isso é importante, porque o método de controle de acordo com a invenção deve ser capaz de manter o motor 1 operando a uma velocidade de rotação (RPM)segundo um valor determinado e enviado pelo relê de controle em modo paralelo (em tempo real), sendo que o valor é determinado em função de uma variação de fre- qiiência. Esta variação pode ocorrer, por exemplo, pelas seguintes condições: variação de frequência de rede, demanda de carga, distribuição de carga entre motogeradores e/ou motogerador e uma rede.

Caso seja identificado que o motogerador irá operar em modo paralelo, a carga fornecida será dividida entre o motogerador e as demais fontes de energia. Nesse caso, o valor da velocidade de rotação teórica é ajustado em sincronismo com as demais fontes de energia com a quais o motogerador opera em paralelo, sejam outros motogeradores, seja a própria rede de energia elétrica. Neste caso, o valor da velocidade de rotação teórica precisa ser calculado com base em dados medidos no barramento 12 ou na rede de energia elétrica ou de outros motogeradores. Normalmente, estes dados são tensão e frequência. Este valor da velocidade de rotação teórica é determinado pelo relê 5 que envia esta informação ao controlador 6. Assim, não há um valor fixo de rotações por minuto, sendo necessária uma etapa de cálculo da velocidade de rotação do motor 1 , que normalmente ocorre no relé.

O método de controle é, portanto, adequado para controlar o funcionamento do motor 1 quando o motogerador opera no modo singelo, como mestre, ou no modo paralelo, como escravo.

Quando o motogerador está em funcionamento, gerando energia elétrica, o método realiza, em tempo real, uma etapa de medir os dados da carga demandada no barramento 12 na saída do motogerador. Na moda- lidade da invenção em que o motogerador alimenta uma rede elétrica, esta etapa de medição da carga demandada é feita medindo-se a tensão e a corrente de carga no barramento (alimentado, por exemplo, pela rede elétrica ou outros geradores), e calculando-se a potência com base nesses dados. Estes cálculos são preferivelmente realizados no controlador 6.

No controlador 6 está pré-registrada uma tabela chamada de tabela TPD x Load que contém, originalmente, registros correlacionando as posições da válvula borboleta do motor 1 a combustão e os correspondentes valores de carga teoricamente produzidos pelo motogerador quando a válvula borboleta está naquela posição. Como a posição e o grau de abertu- ra da válvula borboleta determinam a quantidade de ar injetado no motor 1 , consequentemente ela influencia na potência gerada pelo motor. Na modalidade da invenção aqui descrita para efeito de exemplo de concretização, sem no entanto restringir o escopo do objeto da presente invenção, a tabela TPD x Load pode conter valores de carga variando entre 0 e 300 kW e valo- res de posição de válvula borboleta variando entre 0 e 100%, correspondendo ao percentual de abertura da válvula.

A tabela originalmente pré-registrada no controlador 6 contém um número limitado de pontos de correlação formando a curva de posição da válvula borboleta do motor x carga do motogerador. Em uma modalidade da invenção, esta tabela original é obtida empiricamente, com base em dados de amostragem obtidos a partir de ao menosdois motogeradores.

Após a etapa de medir os dados da carga demandada no barramento 12 na saída do motogerador, realiza-se ainda uma etapa de verificação se houve uma variação na potência que está sendo demandada, e se esta variação de potência foi um "step" ou não. Por "step", deve ser entendida uma variação súbita da carga demandada, na forma de um degrau de carga. O valor de limiar da variação de carga é calculado pelo método em função do ponto atual de operação do motogerador em termos de carga de operação, e também é calculado pelo método um intervalo de tempo mínimo em que a carga se mantém neste novo valor, para se considerar que a variação de carga demandada consiste em um step. Desta forma, entende-se que este valor de limiar da variação de step não é um valor absoluto fixo. Ele deve ser calculado em função ponto atual de carga de operação ou potência em que ele ocorre, podendo ser determinado em termos percentuais, por exemplo.

Referente à atualização da tabela TPD x Load, a mesma pode ser realizada sempre que a rotação do motor 1 estiver em um valor pré- ajustado de RPM e de faixa de variação aceitável deste valor de RPM em dado intervalo de tempo. No presente exemplo de concretização, a velocidade de rotação pode ser ajustada para 1800RPM +/- 25RPM e mantendo- se assim por 5 segundos, sem, no entanto, restringir o presente objeto.

Caso ocorra uma variação de carga que não é considerada um step ou degrau, o motogerador continua operando em regime permanente, em um modo automático pelo controle PID.

Caso seja detectado um "step" ou degrau de carga, deve-se então ajustar a posição da válvula borboleta, para adequar o funcionamento do motogerador a esta nova condição. Assim, a tabela TPD x Load no controlador 6 é acessada, para se buscar qual a posição em que deve ficar a válvula borboleta do motor 1 , para que o motogerador gere a potência adequada.

Com base na posição adequada para a válvula borboleta, é ge- rado um sinal de controle contendo um comando para a posição da válvula borboleta em função da demanda de carga medida. O sinal gerado é, então, enviado ao motor 1. Nesta modalidade da invenção, esse sinal de controle é gerado pelo controlador 6 que o envia, então, à ECU 2 do motor 1. Preferivelmente, este sinal de controle da posição de válvula borboleta é enviado por meio do barramento CAN 8 de conexão entre a ECU e o controlador 6. Porém, o sinal também pode ser transmitido por meio de um cabo elétrico comum 9, em um sinal analógico ou digitai. Como pode ser notado, a identificação da variação na demanda de carga é feita rapidamente e antecipadamente, medindo-se os valores de tensão e corrente no barramento, não sendo necessário esperar até que haja uma variação na velocidade de rotação do motor, a qual já ocorre em consequência desta variação.

O método também realiza em tempo real uma etapa de medir a velocidade de rotação do motor 1 , que é feita pelo sensor 15 instalado no motor. Estes valores medidos são enviados para o relê 5 e para o controlador 6.

O método compreende ainda uma etapa de atualizar na tabela

TPD o valor da carga gerada pelo motogerador e a posição correspondente da válvula borboleta. Esta etapa é realizada quando o motogerador passa a operar em regime permanente, em condições de estabilidade. Esta atualiza- ção também é feita com base na potência de fato gerada pelo motogerador em função da posição da válvula borboleta. Os dados de posição da válvula borboleta usados para atualizar a tabela são baseados no sinal de saída do controlador 6 quando realiza o controle TPD de ajuste da posição da válvula.

A atualização da tabela pode ocorrer de duas formas diferentes. Quando os valores medidos se referem à correção de pontos da curva de posição da válvula borboleta do motor x carga já presentes na tabela, a a- tualização consiste em corrigir uma correlação já existente entre carga e posição da válvula borboleta. Porém, a atualização pode ser também no sentido de adicionar a esta tabela novos pontos de correlação entre posição da válvula borboleta do motor x carga, de maneira a aumentar ainda mais a precisão do sistema. Os valores adicionados ou atualizados na tabela são, preferivelmente, calculados com base em vários valores medidos de potência e RPM na saída do motogerador, e utilizando-se interpolações dos valores medidos.

A tabela TPD x Load é, portanto, constantemente realimentada e atualizada em tempo real durante a operação do motogerador, minimizan- do-se, assim, o erro entre a energia gerada pelo motogerador e a carga demandada no barramento. Desta forma, a tabela TPD x Load passa a arma- zenar dados que são baseados em um histórico dos dados medidos durante o funcionamento real do motor 1 no motogerador. Além disso, a operação do motor 1 é ajustada imediatamente quando detecta-se uma variação da demanda de carga na rede, antes que esta demanda tenha impacto no fun- cionamento do motor . Ou seja, ajusta-se a posição da válvula borboleta e a injeção de ar no motor 1 antes que haja uma mudança sensível na velocidade de rotação do motor. Desta forma, diminui-se o tempo de processamento e o uso da capacidade de processamento do controlador 6. A resposta do motogerador à variação da carga é mais rápida, e ao mesmo tempo se garante maior estabilidade da energia gerada, pois se reduz a variação da velocidade de rotação do motor 1 para aproximadamente + ou - 5%, não se limitando a este exemplo de concretização.

O sinal de controle enviado ao motor 1 pode conter, além de um comando para a posição da válvula borboleta, também um comando indi- cando a vazão de combustível a ser injetado no motor. Este comando de vazão de combustível pode ser enviado ao motor em um meio de transmissão separado do comando de posição da válvula borboleta, por exemplo, através de um cabo elétrico. Ou ainda, os dois comandos podem ser enviados em um mesmo sinal, por exemplo, por meio da conexão CAN.

O método da presente invenção pode ser ainda capaz de ajustar o funcionamento do motor 1 no motogerador a diferentes condições de pressão ambiental. Neste caso, o controlador 6 pode ter registros de várias tabelas diferentes de TDP x Load, sendo que cada tabela corresponde a uma condição de pressão específica podendo variar, por exemplo, em fun- ção da mudança de altitude onde o motogerador será instalado Caso o motogerador possua um sensor barométrico que mede a pressão do ambiente, o método, objeto da presente invenção, pode enviar o valor da pressão medida aos meios de controle do motogerador, preferivelmente ao controlador 6. Os meios de controle selecionam, então, a tabela TPD x Load mais apro- priada para aquela condição de pressão, e passam a utilizar aquela tabela para fazer gerar o sinal de controle do motor 1 , e realizar toda a rotina de controle da operação do motor 1 , sendo que esta respectiva tabela será também atualizada e corrigida com os valores de carga gerados e medidos naquela condição de pressão. Assim, o mesmo motogerador pode ser utilizado em diferentes altitudes sem prejuízo da precisão e do desempenho de sua operação.

Em virtude da sua rotina de aprendizado e atualização das condições ideais de operação do motor 1 do dispositivo gerador de energia, para gerar a energia demandada pelo barramento, o método da presente invenção pode ser usado para controlar motogeradores em diferentes valores de tensão. Não sendo necessário realizar nenhum ajuste manual no siste- ma, pois o método já ajusta o funcionamento do motor às condições de tensão de operação.

As etapas de processamento de dados do método da presente invenção podem ser realizadas paralelamente em dois ambientes separados do controlador 6, proporcionando melhor desempenho ao motogerador. Em um primeiro ambiente, podem ser realizadas as etapas de medição dos sinais de entrada medidos, tais como tensão, corrente e frequência do barramento, e velocidade de rotação do motor 1 , e os cálculos da impedância de entrada, da potência elétrica demandada e da potência gerada pelo motor. Neste mesmo ambiente, podem ser gerados os sinais de acionamento da ECU 2 e do motor, por exemplo, para ligar o motor e colocá-lo em operação, e para indicar que houve variação na demanda de carga (step de carga). Ainda neste ambiente podem ser processados os sinais de estado recebidos dos demais componentes do motogerador, como, por exemplo, indicativos de que o motor está pronto para operar, ou que o motogerador está o- perando em modo singelo ou em modo paralelo. Podem também ser gerados os sinais de controle com comando para a posição da válvula borboleta.

Em um segundo ambiente, podem ser efetuadas as operações em tempo real de cálculo de novos valores a serem incorporados à tabela, e de atualização da tabela. Neste ambiente, identifica-se também que houve uma variação na demanda de carga (step de carga), e determina-se qual rotina será efetuada em decorrência da variação da carga, dependendo se o motogerador está operando em regime transitório ou em regime permanen- te.

Importante lembrar que a energia fornecida por um motogerador precisa de um controle muito rígido, pois do contrário, há o risco de queima dos equipamentos alimentados por ele. O método da presente invenção é preferivelmente adequado para o controle de motores em motogeradores para uso contínuo, ou que operem em regime prime.

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 a- pensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de controle de um dispositivo gerador de energia elé- trica contendo um motor (1) a combustão interna com ignição por centelha acoplado a um alternador, uma válvula borboleta que regula a alimentação de ar ao motor (1) e meios de controle, caracterizado por compreender as seguintes etapas:

- inicializar o motor (1) e colocá-lo em modo pronto para operação;

- determinar a velocidade de rotação em que o motor (1) a com- bustão deve operar;

- medir os valores de tensão e de corrente de carga em um barramento conectado na saída do dispositivo gerador de energia elétrica;

- verificar se houve um degrau da carga demandada;

- acessar, nos meios de controle, uma tabela TPD pré-registrada que correlaciona uma carga gerada pelo dispositivo gerador de energia elétrica e uma posição correspondente da válvula borboleta do motor (1), para que o motor atinja a velocidade de rotação determinada;

- gerar um sinal de controle do motor (1) contendo um comando para a posição da válvula borboleta do motor em função da demanda de carga medida, e enviá-lo ao motor (1);

- medir a potência gerada pelo gerador de energia elétrica; e

- atualizar na tabela TPD o valor da carga gerada pelo motoge- rador e a posição correspondente da válvula borboleta correspondente ao sinal de controle do motor (1).

2. Método de controle, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que, após a etapa de inicializar o motor (1), é realizada uma etapa de verificar se o dispositivo gerador de energia elétrica irá operar em modo singelo ou em modo paralelo, sendo que quando o dispositivo gerador de energia elétrica opera em modo singelo, o valor da velocidade de rotação é dado por um valor fixo, e quando o dispositivo gerador de energia elétrica opera em modo paralelo, o valor da velocidade de rotação é determinado em função de uma frequência selecionada dentre frequência de re- de, demanda de carga, distribuição de carga entre dispositivos geradores de energia elétrica e distribuição de carga entre dispositivo gerador de energia elétrica e uma rede.

3. Método de controle, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, ca- racterizado pelo fato de que a etapa de atualizar a tabela TPD compreende adicionar novos pontos de correlação entre carga demandada e posição correspondente da válvula borboleta, e atualizar correlações já existentes entre carga demandada e posição da válvula borboleta.

4. Método de controle, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que, na etapa de verificar se houve um degrau da carga demandada, verifica-se se a variação de carga alcançou um valor limiar, e um intervalo de tempo mínimo, sendo que o valor limiar é calculado pelo dito método em função do ponto atual de carga de operação do dispositivo gerador de energia elétrica.

5. Método de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que, na etapa de verificar se houve um degrau da carga demandada, o dispositivo gerador de energia elétrica continua operando em regime permanente na ausência de um degrau de carga, e a posição da válvula borboleta é ajustada para adequar o funcio- namento do dispositivo gerador de energia elétrica ao novo valor da carga quando há um degrau de carga.

6. Método de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os meios de controle compreendem uma pluralidade de tabelas TPD contendo as correlações carga demandada e posição da válvula borboleta a diferentes condições de pressão ambiental, o método compreendendo ainda uma etapa de medir a pressão ambiental e selecionar a tabela TPD correspondente àquela pressão, a qual será usada para gerar o sinal de controle da posição da válvula borboleta do motor.

7. Método de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a etapa de medir os dados da carga demandada na saída do dispositivo gerador de energia elétrica com- preende medir os dados de tensão e corrente da carga alimentada para efeito de cálculo da potência fornecida pelo dispositivo gerador de energia elé- trica.

8. Método de controle, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a etapa de inicializar o motor

(1) e colocá-lo em modo pronto para operação compreende:

- ligar os meios de controle do dispositivo gerador de energia e- létrica;

- os meios de comando enviam um sinal de acionamento para uma unidade eletrônica de controle do motor (ECU)(2);

- bombear combustível para o motor (1);

- ligar o motor (1) e medir sua velocidade de rotação até que chegue a uma velocidade de rotação inicial predeterminada;

- aquecer o motor (1) até uma temperatura inicial predetermina- da, e

- a ECU (2) envia um sinal para os meios de controle indicando que o motor (1) está pronto para operação.

9. Método de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que na etapa de gerar um sinal de controle do motor (1), é gerado também um sinal de controle da injeção de combustível no motor (1).

0. Método de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de controlar um motor a combustível líquido.

11. Método de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de controlar um motor a gás.

12. Método de controle de um dispositivo gerador de energia e- létrica caracterizado por compreender uma etapa de identificação antecipada da variação da demanda de carga, e uma etapa de controle do dispositi- vo gerador de energia em decorrência da etapa de identificação antecipada da variação da demanda de carga.

13. Método de controle, de acordo com a reivindicação 12, ca- racterizado pelos ditos dados da carga serem valores de tensão e de corrente em um barramento.

14. Método de controle, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo dito barramento ser alimentado por uma rede elétrica.

15. Método de controle, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo dito barramento ser alimentado por outros dispositivos geradores de energia elétrica.