BRPI0718173A2

BRPI0718173A2 - Método de controle e dispositivo de arranque de motor

Info

Publication number: BRPI0718173A2
Application number: BRPI0718173-6A2A
Authority: BR
Inventors: Jan-Anders Nolemo; Magnus Ek; Heinz Lendenmann; Jesper Kristensson
Original assignee: Abb Research Ltd
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2013-11-26
Also published as: EP1914875B1; US8138702B2; US20100327790A1; CN101627532B; DK1914875T3; WO2008046885A2; EP1914875B8; CN101627532A; WO2008046885A3; EP1914875A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE CONTROLE E DISPOSITIVO DE ARRANQUE DE MOTOR".

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a um método para controlar um motor elétrico por meio de um arranque suave (softstarter).

A presente invenção também refere-se a um dispositivo de ar- ranque suave para controle de motores elétricos.

Além disso, a presente invenção é relacionada a um sistema compreendendo um motor elétrico, um dispositivo acionado pelo motor elé- trico e um dispositivo de arranque suave para controlar o motor elétrico; um programa de computador e um meio de computador legível tendo gravado nele um programa de computador.

Fundamentos da Técnica

Muitos motores elétricos usados em processos industriais e co- merciais e edifícios são controlados por equipamento de arranque suave.

Um dispositivo de arranque suave é neste caso um controlador de motor adaptado para controlar um motor durante as fases de partida e parada da operação do motor. O dispositivo de arranque suave é usado para dar partida e parar o motor de uma maneira desejada, de tal forma a eliminar ondas elétricas no suprimwento elétrico e/ou superaquecimento no motor. Arranques suaves são também usados para reduzir ou eliminar choques mecânicos ou vibração que podem de outro modo acontecer sob condiçoes de partida/parada causando desgaste e dano às bombas, ventiladores etc. acionados pelos motores. Um dispositivo de arranque suave, tipicamente, mede a corrente de entrada e/ou voltagem do motor e regula a corrente e/ou voltagem de entrada recebida pelo motor para obter uma partida ou parada de desempenho desejado. O arranque suave normalmente compreende in- terruptores de semicondutor ou semelhantes e unidades lógicas para contro- lar os interruptores. Um dispositivo de arranque suave é às vezes também chamado de um arranque de controle transiente.

O dispositivo de arranque suave exige geralmente configuração para adaptar as circunstâncias de cada aplicação. A configuração de parâ- metro do dispositivo de arranque suave pode ser agrupada como dados de motor, descrevendo o motor presente e os parâmetros arranque-paragem descrevendo o processo de arranque e paragem. Durante a configuração, os parâmetros que influenciam em particular a corrente de partida, e também 5 fatores tais como a velocidade, tempo de partida ou máxima corrente de en- trada etc. devem ser selecionados ou instalados no dispositivo de arranque suave de acordo com qual o tipo de partida ou parada é desejado para o motor e/ou o equipamento ele está acionando. Arranques suaves podem compreender muitas características e funções e a configuração é frequen- 10 temente então um pouco difícil e consumidora de tempo.

Um dispositivo de arranque suave usa normalmente uma técnica de parada de voltagem reduzida assegurando uma contínua diminuição da voltagem suprida ao motor durante a fase de parada do motor em vez de desligar o suprimento de voltagem diretamente. Isto é usado para controlar o 15 desempenho do motor durante a fase de parar. Como o torque é reduzido, a velocidade da carga reduzirá até o ponto onde o torque da carga igual ao torque do eixo.

Durante a partida e parada de motores usados como bombas para bombear água em sistemas de tubulação são comuns problemas devi- do à tensão mecânica. Estes problemas incluem deslizamento da correia de acionamento, desgaste em caixas de engrenagem e assim por diante. Um problema bem conhecido devido à tensão mecânica é a ocorrência de cho- ques da água de pressão alta nas tubulações. O fenômeno é também cha- mado de martelamento de água. O martelamento de água acontece quando o fluxo de água é cortado de repente enviando uma onda de pressão ou de choque para a linha de água abaixo através da água chocando o sistema de tubulação e criando o barulho de martelamento. As forças envolvidas podem ser altas e a tensão no sistema de tubulação pode então ser grande causan- do danos para o sistema de tubulação. A conseqüência é maiores custos de manutenção e também uma redução do tempo de vida no sistema de tubu- lação.

Para resolver este problema convencional, arranques suaves usam controle de voltagem para limitar a corrente de entrada e torque do motor. Tipicamente, a voltagem suprida para o motor nesta solução é uma rampa de voltagem linear. A voltagem é continuamente diminuída durante o processo de parada. Porém, devido às características dinâmicas de um sis- 5 tema da água e as características não-lineares do motor, este não coloca uma parada para a água que martela no sistema de bomba.

Portanto, muitos arranques suaves de hoje incluem um decres- cimento de voltagem para limitar a voltagem no princípio da rampa de para- da. As desvantagens desta solução são que é difícil fixar os parâmetros de 10 configuração para todas as situações. Para usar uma regulagem estática para controlar um sistema dinâmico não é eficiente, porque, quando o siste- ma muda tal como o nível da água ou a pressão da água, ou de outro lado operando as bombas as regulagens de configuração não são mais precisas e não prevenirão o martelamento de água.

Exemplos de arranques suaves para controlar a aceleração (par-

tida) e/ou desaceleração (parada ou parando) ilustrando o acima, podem ser encontrados nas Patentes U.S. -B-5859514, U.S.-B- 6667596 e os U.S. -B- 4707650. A U.S.-B-5859514 é relacionada a um processo de partida e a U.S.- B-6667596 é relacionada a um processo de parada.

Sumário da Invenção

O objetivo da invenção é o de prover um dispositivo de arranque suave adaptado para parar ou iniciar um motor em um sistema em uma ma- neira desejada sem causar tensão ou dano ao sistema.

Em um primeiro aspecto da invenção este objetivo é obtido por um método como definido pela reivindicação 1.

Tal método para controlar um motor elétrico por meio de um dis- positivo de arranque suave compreende:

- determinar um torque eletromagnético do dito motor em movi- mento,

- calcular uma diferença entre o dito torque motor eletromagnéti-

co determinado e um valor de torque de referência para o dito torque eletro- magnético, T 4

- calcular um sinal de erro de torque da diferença calculada entre o dito torque motor determinado e o valor de torque de referência para mu- dar a velocidade do dito motor,

- controlar o torque motor na dependência do sinal de erro do 5 dito torque, de forma que o torque motor exiba uma taxa de mudança com

respeito ao tempo durante um intervalo de tempo de parada ou partida, que é adaptado para seguir uma taxa de mudança do valor de torque de referên- cia com respeito ao tempo, que varia entre pelo menos uma primeira parte do intervalo de tempo e uma segunda parte do intervalo de tempo, e assim mudando a velocidade do dito motor,

- calcular a taxa de mudança do torque motor baseado na medi- da da voltagem de entrada (u) suprida ao motor (1, 20, 50), e

- tomar a medida da voltagem de entrada (u) suprida para o mo- tor elétrico (1, 20, 50) desde uma posição em linha antes do dispositivo de

arranque suave (2, 24, 54).

A invenção torna possível conformar uma rampa de parada de- sejada, ou alternativamente uma rampa de partida como pode ser o caso, baseado no controle de torque e adaptado às circunstâncias de cada aplica- ção. Adicionalmente a invenção torna mais fácil para ajustar a saída de tor- 20 que do dispositivo de arranque suave ao torque motor presentemente reque- rido, de forma que o dispositivo de arranque suave nunca perde controle do motor devido a perturbações elétricas impossíveis de prever no sinal suprido para o motor. Isto é também uma vantagem porque é evitado tensão mecâ- nica devido a martelamento de água, desbaste de engrenagem e desliza- 25 mento de correias se o dispositivo de arranque suave ajusta o torque de saí- da para o torque motor exigido, isto é, o torque de referência. Esta invenção torna também o processo de parar ou dar partida mais confiável, e então é mais fácil parar ou iniciar o motor. Isto é uma vantagem porque é possível reduzir a velocidade de forma que em particular o processo de partida seja 30 suave sem a ocorrência de perturbações elétricas como ondas. Isto torna mais fácil parar o motor quando ele não for necessitado em vez de deixar o motor funcionar em uma baixa velocidade para evitar perturbações elétricas, o que é frequentemente usado na técnica anterior de arranques suaves. O resultado é que é necessitado menos manutenção, porque o motor será ex- posto a menos choques que poderiam danificar o motor.

Além disso, de acordo com uma característica adicional acima, a taxa de mudança do torque motor é calculada baseado na medida da volta- gem suprida ao motor. Como a corrente suprida para o motor é também me- dida isto torna possível calcular a potência suprida para o motor. As perdas de potência do motor são subtraídas desta potência suprida e a potência real para o motor é calculada. Dos cálculos de potência o torque suprido ao mo- tor pode ser determinado. Um valor de torque de referência Tm é obtido de uma rampa de fixação de torque T usando um modelo de carga para o dis- positivo acionado para o motor, por exemplo, uma carga quadrática repre- sentando uma bomba. O torque suprido desde o motor é então comparado ao torque desejado, isto é, o torque de referência, durante a partida e parada do motor. Isto é uma vantagem porque usando a voltagem medida para cal- cular a potência suprida ao motor resulta em uma análise precisa da potên- cia presentemente consumida do motor e do torque de eixo presente. Adi- cionalmente isto torna possível para o dispositivo de arranque suave manter um torque constante de aceleração e desaceleração durante a partida e pa- rada.

De acordo com uma característica adicional acima, a medida da voltagem suprida para o motor é desde uma posição em linha antes do dis- positivo de arranque suave. Isto tem a vantagem de que tanto motores co- nectados em linha quanto motores conectados em delta interno podem ser controlados durante a partida e parada.

De acordo com uma modalidade da invenção, o método com- preende controlar a taxa de mudança do torque motor na primeira parte do intervalo de tempo de parar/iniciar para ser menor do que na segunda parte do intervalo de tempo de parar. Isto é uma vantagem porque no princípio, 30 por exemplo, um processo de parar a energia cinética do motor e, por exem- plo quando o motor controla uma bomba, o fluxo de fluido entrando é maior do que durante o fim do processo. Deste modo em um sistema de tubulação compreendendo um fluido o fluxo da água está em um máximo no princípio do processo de parar e se o torque da rampa de parar reduz o fluxo no sis- tema de água muito lentamente no princípio e então aumenta gradualmente a desaceleração é prevenido o martelo de água no sistema.

5 Em uma modalidade alternativa da rampa de parada o valor ab-

soluto da derivada em qualquer ponto da rampa de referência está aumen- tando gradualmente. Esta modalidade é especialmente vantajosa quando um dispositivo de arranque suave estiver acionando uma bomba com a ca- racterística seguinte: o fluxo no sistema de bomba é proporcional ao quadra- do da velocidade do motor.

De acordo com uma modalidade da invenção, o método com- preende controlar a taxa de mudança do torque motor de forma que ele seja maior no fim (tN) do intervalo de tempo de parar/iniciar (t1-tN) do que no princípio (t1) do intervalo de tempo de parar/iniciar. Isto é vantajoso porque a 15 velocidade do motor e assim o fluxo aumenta no fim da rampa, o maior fluxo limpa a bomba ou o sistema de tubulação compreendendo a bomba.

De acordo com uma modalidade da invenção, o método com- preende controlar a taxa de mudança do torque motor de forma que ela seja menor no fim (tN) do intervalo de tempo de parar/iniciar (t1-tN) e no princípio 20 (t1) do intervalo de tempo de parar/iniciar em comparação com a parte me- diana do intervalo de tempo de parar/iniciar. Isto é uma vantagem porque o processo de parar ou iniciar é mais crítico no fim e no princípio do processo.

De acordo com uma modalidade da invenção, o método com- preende controlar a taxa de mudança do torque motor de forma que seja 25 linear durante uma parte do intervalo de tempo de parar/iniciar. Isto é uma vantagem porque isto torna possível ter uma desaceleração rápida do motor durante esta parte do intervalo de tempo de parar, que encurta o intervalo de tempo total de parar que normalmente é uma função desejada do motor. A situação correspondente se aplica ao processo de partida.

De acordo com uma modalidade da invenção as perdas de po-

tência do motor são calculadas baseado na corrente nominal para o motor. Isto melhora a facilidade de uso quando regulando o arranque suave, por exemplo, acionando a parada de uma bomba avançada, somente um parâ- metro de motor é pedido do usuário. Isto ao invés de dispositivos conhecidos onde até 5 parâmetros de motor podem ser solicitados antes do usuário po- der iniciar e parar usando controle de torque.

O único parâmetro de motor exigido é a corrente nominal do mo-

tor. Com este parâmetro a perda de potência no motor é calculada desde uma relação entre a corrente nominal e a resistência do estator. Durante uma fase de parada o ponto de partida para o algoritmo de controle é o tor- que atual calculado desde a medida da voltagem atual. Com isto os parâme- 10 tros de controle podem ser dimensionados para cada tamanho de motor. Nenhum dos parâmetros: número de polos; velocidade nominal do motor; voltagem nominal do motor; potência nominal do motor; coscp nominal do motor ou frequência nominal são necessitados como informações do usuário para instalar uma rampa de partida e parada com controle de torque para o 15 motor de acordo com a invenção.

De acordo com outra modalidade da invenção, a medida de vol- tagem de entrada é feita desde uma posição dentro de uma conexão delta interna ao motor. Isto tem a vantagem de que motores conectados em delta interno podem ser controlados durante a partida e parada. Nenhuma regula- 20 gem no dispositivo de arranque suave tem que ser configurada relativamente a qual conexão o motor presentemente controlado tem.

De acordo com outra modalidade da invenção a medida da vol- tagem de entrada suprida ao motor é também feita em um ponto entre o mo- tor e o dispositivo de arranque suave. Isto é uma vantagem quando motores conectados em linha são controlados durante a partida e parada.

De acordo com uma modalidade da invenção, a voltagem de entrada (u) é medida em pelo menos uma fase.

Em um segundo aspecto da invenção este objetivo é obtido por um dispositivo de arranque suave como definido pela reivindicação 10.

Tal dispositivo de arranque suave é adaptado para controlar um

motor elétrico conectado ao dispositivo. O dispositivo de arranque suave compreende meios para determinar um torque eletromagnético do motor, meios de calcular para calcular uma diferença entre o torque motor eletro- magnético determinado e um valor de torque de referência para o dito torque eletromagnético, e meios para calcular um sinal de erro da diferença entre o dito torque motor determinado e o valor de torque de referência para mudar 5 a velocidade do dito motor. O dispositivo de arranque suave compreende também meios de regulação para controlar o torque motor na dependência do dito sinal de erro de torque de forma que o torque motor exiba uma taxa de mudança com respeito ao tempo, durante um intervalo de tempo de parar ou iniciar, que é adaptado para seguir uma taxa de mudança do valor de tor- 10 que de referência com respeito ao tempo, que varia entre pelo menos uma primeira parte do intervalo de tempo e uma segunda parte do intervalo de tempo, e assim mudando a velocidade do dito motor. O dispositivo de arran- que suave compreende meios também para medir a voltagem de entrada suprida ao motor, e que os meios de medir a voltagem de entrada (u) são 15 organizados para medir a voltagem em um ponto antes do dispositivo de arranque suave e o motor, e que os meios para determinar o torque eletro- magnético (T-I2) do motor são dispostos para usar a dita voltagem de entra- da.

De acordo com uma modalidade da invenção o dispositivo de arranque suave compreende meios para medir a voltagem suprida ao motor. Em uma modalidade da invenção os meios para medir voltagem são dispos- tos para medir uma voltagem em pelo menos uma fase.

Vantagens adicionais e características vantajosas das modalida- des do dispositivo de arranque suave correspondem às vantagens e caracte- 25 rísticas vantajosas das reivindicações de método correspondente como des- crito acima. Em particular, em uma modalidade, os meios de medida de vol- tagem de entrada são dispostos para medir a voltagem de entrada (u) desde uma posição interna disposta em uma conexão delta interna ao motor.

Em um terceiro aspecto da invenção este objetivo é obtido por um sistema compreendendo um motor elétrico e um dispositivo acionado pelo motor e um dispositivo de arranque suave para controlar o motor elétri- co de acordo com qualquer uma das reivindicações de dispositivo. Em uma modalidade o motor elétrico e o dispositivo de arranque suave tem uma co- nexão delta interna a voltagem suprida (u).

O método e sistema são facilitados por um ou mais programas de computador compreendidos no arranque suave/ controlador de motor.

A invenção se refere também a um programa de computador

como também um meio legível de computador de acordo com as reivindica- ções anexadas correspondentes. Os passos do método de acordo com a invenção estão bem adaptados para serem controlados por um processador provido com tal programa de computador.

Outras características e vantagens vantajosas da invenção apa-

recerão da descrição seguinte.

O método e dispositivo de acordo com esta invenção pode ser aplicado para uma grande variedade de motores, como motores assíncro- nos, motores de indução etc. De fato ele pode ser aplicado a quase qualquer 15 aplicação de motor de CA. Além de sistemas de bombeamento, ele pode ser usado em motores em conexão com propolsores de proa em navios, em compressores por exemplo nas estações de enchimento para gás natural ou maquinas de fazer neve, aplicações industriais comuns como ventiladores, compressores e correias de transporte, etc.

Breve Descrição dos Desenhos

A presente invenção será descrita em mais detalhe em conexão com os desenhos esquemáticos inclusos.

A figura 1a mostra esquematicamente uma visão geral de um sistema compreendendo um arranque suave de acordo com uma modalida- de da invenção,

a figura 1b mostra esquematicamente uma modalidade que é uma variante do sistema ilustrado na figura 1a,

a figura 2a mostra esquematicamente uma visão geral de outro sistema compreendendo um arranque suave de acordo com uma mo- dalidade da invenção,

a figura 2b mostra esquematicamente uma modalidade que é uma variante do sistema ilustrado na figura 2a, a figura 3 mostra esquematicamente uma avaliação de ou- tro sistema compreendendo um arranque suave de acordo com uma modali- dade da invenção,

a figura 4A mostra uma curva simplificada de torque de acor- do com a técnica anterior,

a figura 4B mostra uma curva simplificada de torque de acor- do com uma modalidade da invenção, e

a figura 4C mostra outra curva simplificada de torque de a- cordo com uma modalidade da invenção.

a figura 5 mostra a um fluxograma ilustrando uma modali-

dade da invenção para controlar um motor por meio de um dispositivo de arranque suave.

Descrição de Modalidades

A frequência de suprimento de CA para o motor pode ser ou 15 50Hz ou 60Hz e a faixa de correntes operacionais e voltagens operacionais supridas para o motor é extensa. Em um sistema compreendendo um motor disposto com um dispositivo de arranque suave a velocidade angular do mo- tor é geralmente determinada pela frequência suprida e o número de polos do motor. Deve ser entendido que também outras frequências podem ser 20 usadas.

A figura 1a mostra um sistema compreendendo um motor elétri- co 1, um dispositivo de arranque suave 2 para controlar a corrente suprida para o motor e um aparelho como uma bomba, não mostrado na figura, a- cionado pelo motor 2. O motor é neste caso um motor elétrico de três fases 25 1 de corrente alternada (CA), como um motor de indução. O dispositivo de arranque suave 2 controla o fluxo de corrente e a voltagem aplicada ao mo- tor. O dispositivo de arranque suave 2 mostrado na figura 1a é conectado em série com a voltagem suprida ao motor 1. A corrente suprida ao disposi- tivo de arranque suave 2 é então igual à correnre suprida ao motor.

O dispositivo de arranque suave 2 neste caso de exemplo con-

trola a corrente em todas as três fases, reduzindo a corrente e torque. O dis- positivo de arranque suave 2 compreende um interruptor 3A, 3B, 3C pa ra cada fase e uma unidade de controle 6 controlando os interruptores 3A, 3B, 3C e assim a corrente por meio de regular a voltagem suprida ao motor. Ca- da interruptor pode compreender componentes de semicondutor, por exem- plo, dois diodos semicondutores de acoplamento antiparalelo. Na figura, os 5 interruptores são ilustrados como interruptores de SCR (interruptores de Re- tificador de Controle de Silicone; tiristores), mas também outros tipos de in- terruptores podem ser possíveis.

A unidade de controle 6 compreende um sensor de corrente 8 adaptado para medir a corrente de entrada (i) para o motor 1 em cada fase. A unidade de controle compreende meios também para medir voltagem, neste caso sensores de voltagem. Um primeiro sensor de voltagem 12 é co- nectado antes dos dispositivos semicondutores, cujo primeiro sensor de vol- tagem 12 é adaptado para medir a voltagem de linha suprida ao arranque suave. A unidade de controle compreende ainda mais unidades de detecção de fase 14, 16. As unidades de detecção 14, 16 são adaptadas para medir a diferença de fase entre a voltagem de entrada (u) e a corrente de entrada (i). Em outra solução de medida de voltagem nesta modalidade, ilustrada na figura 1b como uma variante, a unidade de controle compreende ainda mais um segundo sensor de voltagem de entrada 10, adaptado para medir as vol- tagens de entrada do motor 1. A voltagem de entrada medida (u) neste caso a voltagem de linha. A voltagem de entrada (u) é medida entre o motor 1 e o arranque suave 2.

A unidade de controle compreende um laço regulador de reali- mentação 18 adaptado para controlar a corrente por meio da regular a volta- 25 gem suprida ao motor. O laço de regulador de realimentação é um laço de realimentação proporcional de integração (regulador PI). A única caracterís- tica do motor que é necessária para introduzir no dispositivo de arranque suave 2 durante a regulagem é a corrente nominal de entrada (in0m)· Ambas, a voltagem e a corrente são medidas para calcular a potência. No laço regu- 30 Iador a potência suprida Pin é calculada na dependência da voltagem de en- trada (u) e a corrente de entrada (i). As perdas de potência motora P12 são também calculadas na dependência da corrente nominal de entrada. As per- das de potência motora são subtraídas da potência de suprida Pjn e a potên- cia real para o motor 1 é calculada. O torque Ti2 do motor 1 é então deter- minado usando a saída de potência real Preai do arranque suave. O torque T12 do motor 1 é neste caso proporcional à potência real PreaI, provida ao 5 motor. O laço regulador de realimentação de torque 18 é usado para prover controle melhor na desaceleração e aceleração do motor. No laço de regula- ção uma diferença entre o dito torque eletromagnético determinado Ti2 e um valor de referência Tm para o dito torque eletromagnético é calculado. Um sinal de erro Err é então calculado dependente da comparação entre o dito 10 torque calculado e o valor de referência. A velocidade do dito motor é contro- lada na dependência do dito sinal de erro de torque de forma que a taxa de mudança de torque motor com respeito ao tempo durante um intervalo de tempo de parar varia entre pelo menos uma primeira parte do intervalo de tempo e uma segunda parte do intervalo de tempo. O valor do torque de re- 15 ferência Tm é obtido de uma rampa de fixação de torque T determinada de um modelo de carga baseado na experiência, por exemplo para cargas qua- dráticas tais como bombas. A rampa de fixação T é baseada nas fixações de entrada relacionadas ao tempo de iniciar e parar e corrente nominal Ie, e vol- tagem medida em 12, quando o dispositivo é ligado.

Quando iniciando um motor, o dispositivo de arranque suave 2

tem um torque de objetivo que pode ser pelo menos igual à corrente de en- trada nominal e multiplicado pela voltagem assim medida. Isto tem o efeito de um torque objetivo que é provavelmente maior do que o torque que o mo- tor 1 mais carga atinge. A taxa de aumento do torque é substancialmente 25 linear e preferencialmente um aumento uniforme e constante no torque. O uso de um torque alvo e controle de torque em vez alvos de voltagem de arranques suaves da técnica anterior torna a aceleração mais suave e mais uniforme.

Na figura 2a, é ilustrada outra modalidade de um sistema. Nesta modalidade o torque e velocidade rotaciona e podem ser calculados usando a corrente de entrada (i) e voltagem de entrada (u), por meio de característi- cas de motor predeterminadas. O motor 20 tem uma conexão de delta inter- na 22 para o suprimento de voltagem. O dispositivo de arranque suave 24 controla a voltagem aplicada ao motor. O dispositivo de arranque suave 24 compreende um interruptor 25A, 25B, 25C, por exemplo interruptor de SCR, para cada fase e uma unidade de controle 6 controlando os interruptores 5 25A, 25B, 25C e assim a corrente por meio da regulação da voltagem supri- da ao motor. A unidade de controle 26 compreende um sensor de corrente 28 medindo a corrente de entrada (i) para o motor 20 em cada fase. Nesta modalidade o dispositivo de arranque suave 24 é conectado por ligação del- ta de um motor 20 conectado em delta e o torque motor é controlado no laço 10 de realimentação do regulador. A unidade de controle 26 compreende ainda mais meios para medir voltagem, neste caso sensores de voltagem. Um pri- meiro sensor de voltagem de entrada 30, medindo voltagens de entrada de fase do motor 20, dentro do delta antes do dispositivo de arranque suave 24. Em outra solução de medir voltagem nesta modalidade, ilustrada na figura 15 2b como uma variante, a unidade de controle 26 compreende ainda mais um segundo sensor de voltagem de entrada 31, adaptado para medir as volta- gens de entrada do motor 20 entre o dispositivo de arranque suave 24 e o motor. A medida da voltagem de entrada é feita desde uma posição em linha adaptada para a conexão delta interna ao motor. A corrente de entrada do 20 motor 20 é medida. A unidade de controle 26 compreende um laço de regu- lador de realimentação 32 adaptado para regular a corrente suprida ao mo- tor. O laço de regulador de realimentação é um laço de realimentação de integração proporcional (regulador PI) do mesmo tipo como descrita na mo- dalidade acima. As perdas de potência motora P12 são calculadas na depen- 25 dência da corrente nominal de entrada. O torque T12 do motor é então de- terminado usando a saía de potência real Preai do arranque suave.

Desde que existem vários tipos diferentes de conexões delta internas, o arranque suave pode compreender também um meio para identi- ficar o tipo de conexão delta interna que é usada para o motor concernente. Hoje a maioria dos arranques suaves já incluem alguns meios para isto, e tais meios conhecidos pode ser também usados no caso presente.

O único parâmetro de motor necessitado para configuração do dispositivo de arranque suave 24 é a corrente nominal do motor. Com este parâmetro as perdas de potência P12 no motor 20 são calculadas desde a relação entre a corrente nominal e a resistência de estator.

Em ambas modalidades descritas a potência do algoritmo de 5 controle em tamanhos diferentes do motor pode ser decidido do torque no- minal. O torque nominal é calculado usando corrente nominal, dada pelo u- suário, e voltagem medida na voltagem principal entrante no arranque sua- ve. Com isto os parâmetros de controle podem ser dimensionados para cada tamanho de motor. O laço regulador de realimentação 14, 32 é por exemplo 10 corporificado como software processado por uma unidade lógica ou com componentes eletrônicos para calcular a corrente de saída na dependência do suprimento de potência necessitado para o motor.

Em outra modalidade o dispositivo de arranque suave 24 pode compreender também meios sensores projetados para medir velocidade ro- tacional e às vezes até o torque de saída.

Na figura 3 é ilustrada outra modalidade de um sistema. Nesta modalidade o torque e velocidade rotacional podem ser calculados usando a corrente de entrada (i) e a voltagem de entrada (u), por meio de característi- cas de motor predeterminadas. O motor 50 tem uma conexão delta interna 20 52 para a voltagem suprida. O dispositivo de arranque suave 54 controla a voltagem aplicada ao motor 50. O dispositivo de arranque suave 54 compre- ende um interruptor 55A, 55B, 55C, por exemplo interruptor de SCR, para cada fase e uma unidade de controle 56 controlando os interruptores 55A, 55B, 55C e assim a corrente por meio de regulaçaõ da voltagem suprida ao 25 motor. A unidade de controle 56 compreende um sensor de corrente 58 me- dindo a corrente de entrada (i) para o motor 50 em cada fase. Nesta modali- dade o dispositivo de arranque suave 54 é também conectado em delta in- terno de um motor conectado em delta interno 50 e o torque motor é contro- lado no laço de realimentação do regulador. A unidade de controle 56 adi- 30 cionalmente compreende meios para medir voltagem, neste caso sensores de voltagem. Um primeiro sensor de voltagem de entrada 60 está medindo as voltagens de entrada de fase do motor 50, dentro da conexão delta entre o dispositivo de arranque suave 54 e o motor. A medida de voltagem de en- trada é feita de uma posição em linha adaptada à conexão delta interna ao motor. Ambos a corrente de entrada do motor 50 e a corrente de saída do motor 50 são medidas. A unidade de controle 56 também compreende um 5 laço de regulador de realimentação 62 adaptado para regular a voltagem suprida ao motor 50 como descrito na modalidade acima calculando a po- tência real PreaI do arranque suave. O torque T12 do motor 50 é determinado usando a potência real de saída Preai do arranque suave.

As figuras 4A - C mostram curvas simplificadas de torque ilus- trando o caso quando o arranque suave da invenção é usado para a parada de um motor. No entanto, deve ser enfatizado que estas curvas são apenas exemplos e o arranque suave de acordo com a invenção pode ser usado alternativamente para partida.

A figura 4A mostra uma curva simplificada de torque de acordo com técnica anterior, onde a redução no torque de referência Tm é linear du- rante o intervalo de tempo de parar (t1 -tN).

A figura 4B mostra uma curva simplificada de torque de acordo com uma modalidade da invenção, ilustrando um método para controlar um motor elétrico por meio do arranque suave descrito acima. A curva de torque mostra um torque desejado, um torque de referência Tm. O método compre- ende:

- determinar um torque motor eletromagnético T12 do dito motor em movimento,

- calcular uma diferença entre o dito torque motor eletro- magnético determinado e um valor de torque de referência Tm para o dito

torque eletromagnético,

- calcular um sinal de erro Err da diferença calculada entre o dito torque motor determinado e o valor de torque de referência para mudar a velocidade do dito motor,

- controlar o torque motor (T12), na dependência do dito sinal de

erro de torque, de forma que o torque motor (T12) exiba uma taxa de mudan- ça com respeito ao tempo, durante o intervalo de tempo de parar, que é a- T 16

daptado para seguir uma taxa de mudança do valor de torque de referência (Tm), com respeito ao tempo, que varia entre pelo menos uma primeira parte do intervalo de tempo e uma segunda parte do intervalo de tempo, e assim mudando a velocidade do dito motor.

5 Além disso, o método compreende calcular a taxa de mudança

do torque motor baseado em medida da voltagem de entrada (u) suprida ao motor (1, 20, 50), e de acordo com o método, a medida da voltagem suprida para o motor é feita antes do arranque suave.

O método compreende ainda mais mudar a velocidade do motor (1, 20) controlando a taxa de mudança do torque motor na primeira parte B1 do intervalo de tempo de parar para ser menor do que na segunda parte B2 do intervalo de tempo de parar de forma que a rampa de parar tem uma for- ma suave no princípio do processo de parar e é mais íngreme no meio do processo. Nesta modalidade a taxa da redução de torque motor varia duran- te o intervalo de tempo de parar (t1-tN). Em outra modalidade a redução de velocidade do motor controlando a taxa de mudança do torque motor varia de forma que a redução é menor no fim (tN) na última parte B3 do intervalo de tempo de parar (t1 -tN) e no início (t1) na primeira parte B1 do intervalo de tempo de parar em comparação com a parte mediana, neste caso a se- gunda parte B2 do intervalo de tempo de parar. Adicionalmente nesta moda- lidade a taxa da mudança do torque motor pode ser linear durante uma parte B2 do intervalo de tempo de parar (t1-tN).

Em outra modalidade o método compreende reduzir a velocida- de do motor controlando a taxa de mudança do torque motor na primeira 25 parte do intervalo de tempo de parar para ser menor do que na segunda par- te do intervalo de tempo de parar. Este intervalo de tempo de parar é ade- quado por exemplo quando parando um motor trabalhando como uma bom- ba. O fluxo de fluido no sistema de bomba para fluidos é frequentemente proporcional ao quadrado da velocidade do motor. A rampa de torque de 30 parada reduz o fluxo fluido no sistema muito lentamente no princípio e então aumenta gradualmente a desaceleração. Em uma modalidade o valor abso- luto da derivada em qualquer ponto da rampa é crescente gradualmente. Em outra modalidade do método o motor tem uma conexão delta interna para a voltagem suprida e a medida da voltagem de entrada é feita desde uma posição em linha dentro da conexão delta interna ao motor.

Em outra modalidade do método o motor é conectado em linha com a voltagem suprida e a medida da voltagem suprida ao motor é feita antes do arranque suave.

Em outra modalidade do método o motor é conectado em linha com a voltagem suprida e a medida da voltagem suprida para o motor é feita entre o motor e o arranque suave.

O torque motor é calculado na dependência da dita voltagem

medida. As perdas de potência motora são calculadas baseadas na corrente nominal para o motor.

Em outra modalidade do método mostrado na figura 4C, a rampa de parar tem uma forma suave no princípio do processo de parada e é mais 15 íngreme no meio do processo. A figura 4C mostra uma curva simplificada de torque. O método compreende reduzir a taxa de mudança de velocidade do motor reduzindo o torque motor na primeira parte C1 do intervalo de tempo de parar menos do que na segunda parte C2, do intervalo de tempo de pa- rar. Nesta modalidade a taxa da redução de torque motor varia durante o 20 intervalo de tempo de parar (t1-tN). A taxa da redução de velocidade do mo- tor reduzindo o torque motor varia de forma que a redução é maior no fim (tN) na última parte C3 do intervalo de tempo de parar (t1-tN) do que no princípio (t1) na primeira parte C1 e a segunda parte C2 do intervalo de tempo de parar.

Um típico intervalo de tempo de parar para o processo de parar

pode ser mais ou menos 10 segundos usando um arranque suave na faixa de voltagem de 200 - 700 Volts. Embora para alguns motores e cargas parti- culares o processo de parar pode variar entre 3-120 segundos.

É também observado que embora o acima descreve modalida- des exemplificativas da invenção, existem várias variações e modificações que podem ser feitas para a solução divulgada sem se afastar do âmbito da presente invenção como definido nas reivindicações anexadas. Por exemplo, corrente e voltagem controladas pelo arranque suave podem ser medidas somente em uma ou duas fases. Proteção adicional contra superaquecimen- to dos componentes de semicondutor pode ser necessária como também outros tipos de proteção de sobrecarga. Em resumo, normalmente existem 5 um número grande de fatores ou parâmetros que podem ser configurados ou selecionados no sentido poder usar um arranque suave. Os dados de motor podem ser escolhidos empiricamente ou automaticamente.

A unidade de controle 56 pode ser produzida como um dispositi- vo de conectar e executar para arranques suaves já existentes.

A invenção concerne também o programa de computador dire-

tamente carregável na memória interna de um computador, que compreende código de programa para controlar os passos do método. A figura 5 mostra um diagrama de fluxo para uma modalidade de tal programa de computador, ilustrando outra modalidade da invenção para controlar um motor por meio 15 de um arranque suave. O método está assim usando os passos de software seguintes:

- determina um torque eletromagnético T12 (200).

- determina um torque eletromagnético de referência Tm (202).

- calcula uma diferença D entre o torque eletromagnético de- terminado e um valor de referência para o dito torque eletromagnético (204).

- calcula um sinal de erro de torque Err dependente da dita di- vergência D (206).

- muda a entrada de voltagem u na dependência do dito sinal de erro de torque Err (208).

- reduz ou aumenta a taxa R de mudança de torque motor com

respeito ao tempo durante uma parte do tempo de parar/iniciar na depen- dência do dito sinal de erro de torque Err (210).

- repete. Vai para 200 (212).

A invenção concerne também a um meio legível de computador tendo um programa de computador gravado nele, em que o dito programa de computador é projetado para fazer um computador controlar os passos do método. O método de acordo com a presente invenção pode ser imple- mentado como software, hardware, ou uma combinação deles.

A unidade lógica ou unidade de computação compreende um microprocessador, ou processadores compreendendo uma unidade de pro- 5 cessamento central (CPU) ou um conjunto de porta campo programável (FPGA) ou qualquer dispositivo semicondutor contendo componentes lógicos programáveis e interconexões programáveis executando os passos do mé- todo de acordo com um aspecto da invenção. Isto é executado com a ajuda de um ou mais programas de computador, que são armazenados pelo me- 10 nos em parte em memória acessível pelo processador. Os programas de computador podem ser também executados em um ou mais microprocessa- dores industriais de propósito múltiplo em vez de um computador especial- mente adaptado.

O software compreende elementos de código de programa de 15 computador ou partes de código de software que fazem o computador exe- cutar o método usando pelo menos um dos passos previamente descritos em relação às figuras 4B, 4C e 5. Uma parte do programa pode ser armaze- nado em um processador como acima, mas o programa pode ser também armazenado no todo ou em parte, em, ou dentro, de um ou mais meios legí- 20 veis adequados de computador ou meios de armazenamento tais como um disco magnético, CD-ROM ou disco de DVD, disco rígido, meios de armaze- namento de memória de magnetos óptico, em ROM, RAM, PROM, EPROM ou chip EEPROM ou meios de meméria similares ou memória volátil, em ROM ou memória flash, como memória permanente, ou em um servidor de 25 dados. A mídia de memória removível como discos rígidos removíveis, dis- positivo de memória de bolha, dispositivos de memória flash, e mídia remo- vível proprietária comercialmente disponível tais como um "memory stick" e cartões de memória para máquinas fotográficas digitais, câmeras de vídeo e semelhantes podem ser também usados.

Claims

1. Método para controlar um motor elétrico (1, 20, 50) por meio de um dispositivo de arranque suave (2,24,54), em que o método compreen- de: - determinar um torque motor eletromagnético (T12) do dito motor em movimento, - calcular uma diferença entre o dito torque motor eletro- magnético determinado (T12) e um valor de torque de referência (Tm) para o dito torque eletromagnético, - calcular um sinal de erro de torque (Err) da diferença calculada entre o dito torque motor determinado (T12) e o valor de torque de referência (Tm) para mudar a velocidade do dito motor, - controlar o torque motor (T12), na dependência do dito sinal de erro de torque, de tal forma que o torque motor (Ti2) exibe uma taxa de mu- dança com respeito ao tempo, durante um intervalo de tempo de parar ou partir, que é adaptada para seguir uma taxa de mudança do valor de torque de referência (Tm), com respeito ao tempo, que varia entre pelo menos uma primeira parte do intervalo de tempo e uma segunda parte do intervalo de tempo, e assim mudando a velocidade do dito motor. - calcular a taxa de mudança do torque motor baseado na medi- da da voltagem de entrada (u) suprida ao motor (1, 20, 50), e - tomar a medida da voltagem de entrada (u) suprida ao motor elétrico (1, 20, 50) de uma posição em linha antes do dispositivo de arranque suave (2, 24, 54).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o método compreende controlar a taxa de mudança do torque motor na primeira parte (B1,C1) do intervalo de tempo de parar/iniciar para ser menor do que na se- gunda parte (B2,C2) do intervalo de tempo de parar.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-2, em que o método compreende controlar a taxa de mudança do torque motor de tal forma que ele seja maior no fim (tN) do intervalo de tempo de pa- rar/iniciar (t1 -tN) do que no início (t1) do intervalo de tempo de parar/iniciar.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-2, em que o método compreende controlar a taxa de mudança do torque motor de tal forma que ele seja menor no fim (tN) do intervalo de tempo de pa- rar/iniciar (t1 -tN) e no princípio (t1) do intervalo de tempo de parar/iniciar em comparação com a parte mediana (B2) do intervalo de tempo de pa- rar/iniciar.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, em que o método compreende controlar a taxa de mudança do torque motor de tal forma que ele seja linear durante uma parte (B2, C2) do intervalo de tempo de parar/iniciar (t1 -tN).

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-5, em que o método compreende medir a voltagem de entrada (u) suprida ao motor elétrico (1, 20, 50) quando o arranque suave e o motor está em uma posição dentro de uma conexão delta interna.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-5, em que a medida da voltagem de entrada (u) suprida ao motor elétrico (1, 20,50) é também feita em um ponto entre o motor e o dispositivo de arran- que suave (2, 24, 54).

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-7, em que a voltagem de entrada (u) é medida em pelo menos uma fase.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8, em que a perda de potência do motor elétrico (1, 20, 50) é calculada basea- do em uma corrente nominal (in0minai) suprida ao motor.

10. Dispositivo de arranque suave (2, 24, 54) adaptado para con- trolar um motor elétrico (1, 20, 50) conectado ao dispositivo, o dito dispositi- vo de arranque suave compreendendo: - meios para determinar um torque motor eletromagnético (Ti2) do motor, - meios para calcular uma diferença entre o torque motor eletro- magnético (Ti2) e um valor de torque de referência (Tm) para o dito torque eletromagnético, - meios para calcular um sinal de erro (Err) da diferença entre o dito torque motor determinado (Ti2) e o valor de torque de referência (Tm) para mudar a velocidade do dito motor, - meios de regulação para controlar o torque motor (T12), na de- pendência do sinal de erro do dito torque, de tal forma que o torque motor (T12) exibe uma taxa de mudança com respeito ao tempo, durante um inter- valo de tempo de parar ou iniciar, que é adaptado para seguir uma taxa de mudança do valor de torque de referência (Tm), com respeito ao tempo, que varia entre pelo menos uma primeira parte do intervalo de tempo e uma se- gunda parte do intervalo de tempo, e assim mudando a velocidade do dito motor, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de arranque suave com- preende meios também para medir a voltagem de entrada (u) suprida ao motor (1, 20, 50), e que os meios para medir a voltagem de entrada (u) são dispostos para medir a voltagem em um ponto antes do dispositivo de arran- que suave e o motor, e que os meios de determinar para determinar o torque eletromagnético (T12) do motor são disopostos para usar a dita voltagem de entrada.

11. Dispositivo de arranque suave (2, 24, 54) para controlar um motor elétrico (1, 20, 50) de acordo com a reivindicação 10, em que os ditos meios de regulação para reduzir a velocidade do dito motor por meios de mudar o torque motor compreende meios para controlar a taxa de mudança do torque motor na primeira parte (B1, C1) do intervalo de tempo de pa- rar/iniciar para ser menor do que na segunda parte (B2, C2) do intervalo de tempo de parar/iniciar.

12. Dispositivo de arranque suave (2, 24, 54) para controlar um motor elétrico (1, 20, 50) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 -11, em que os ditos meios de regulação para controlar o torque motor, re- gulam o torque motor de forma que a taxa de mudança do torque motor seja maior no fim (tN) do intervalo de tempo (t1 -tN) de parar/iniciar do que no princípio (t1) do intervalo de tempo de parar/iniciar.

13. Dispositivo de arranque suave (2, 24, 54) para controlar um motor elétrico (1, 20, 50) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 -12, em que os ditos meios de regulação para controlar o torque motor regu- Iam o torque motor de tal forma que a taxa de mudança do torque motor é menor no fim (tN) do intervalo de tempo de parar/iniciar (t1 -tN) e no princípio (t1) do intervalo de tempo de parar/iniciar em comparação com a parte me- diana do intervalo de tempo de parar/iniciar.

14. Dispositivo de arranque suave (2, 24, 54) para controlar um motor elétrico (1, 20, 50) de acordo com qualquer uma das reivindicações -13, em que os ditos meios de regulação para controlar o torque motor regu- lam a taxa de mudança do torque motor de tal forma que seja linear durante uma parte (B2, C2) do intervalo de tempo de parar/iniciar (t1-tN).

15. Dispositivo de arranque suave (2, 24, 54) para controlar um motor elétrico (1, 20, 50) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 - 14, em que os meios de medida de voltagem de entrada são dispostos pa- ra medir a voltagem de entrada (u) de uma posição interna disposta do lado de dentro da conexão delta ao motor.

16. Dispositivo de arranque suave (2, 24, 54) para controlar um motor elétrico (1, 20, 50) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 - 14, em que os meios de medir a voltagem de entrada (u) são dispostos pa- ra medir a dita voltagem em um ponto entre o motor e o arranque suave.

17. Dispositivo de arranque suave (2, 24, 54) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 -16, em que os meios para medir a vol- tagem de entrada (u) são dispostos para medir uma voltagem em pelo me- nos uma fase.

18. Sistema compreendendo um motor elétrico (1, 20, 50) e um dispositivo acionado pelo motor e um dispositivo de arranque suave (2, 24, 54) para controlar o motor elétrico como definido em qualquer uma das rei- vindicações 10-17.

19. Sistema de acordo com a reivindicação 18, em que o motor elétrico e o dispositivo de arranque suave tem uma conexão delta interna para a voltagem suprida (u).

20. Programa de computador diretamente carregável na memó- ria interna de um computador, que compreende código de programa para controlar um computador para executar os passos como definido em qual- quer uma das reivindicações de método 1-9.

21. Meio de computador legível tendo um programa de compu- tador gravado nele, em que o dito programa de computador é projetado para fazer um computador controlar os passos como definido em qualquer uma das reivindicações de método 1-9.