Detecção do fechamento do contactor

Ainda que o sistema de controle proposto não tenha acesso aos contatos principais, nem disponha de sensores eletromecânicos ou meios para medição direta do fluxo magnético no núcleo do contactor, é possível, através do monitoramento da corrente da bobina, detectar a movimentação da armadura e com isso estimar o instante a partir do qual os contatos estão completamente fechados. Entretanto, se um dos objetivos da detecção da movimentação da armadura é a redução do repique no fechamento do contactor, esta detecção deve ser feita o mais rapidamente possível. Através de ensaios pôde-se constatar que, após o primeiro toque dos contatos9, praticamente nada pode ser feito — em termos de controle da corrente da bobina — para reduzir os repiques subseqüentes.

Conforme já foi abordado, a movimentação da armadura provoca a queda na corrente da bobina, mesmo estando esta energizada. Quando a tensão de alimentação de comando Us é contínua, a simples comparação — medição a medição — do valor

instantâneo da corrente com um valor mínimo, situado um pouco abaixo do valor de limitação da corrente, é suficiente para garantir a rápida detecção do início do processo de fechamento. Por outro lado, se o acionamento do contactor for feito em corrente alternada, o valor mínimo de corrente utilizado no mecanismo de detecção do fechamento deve levar em conta a possível ondulação de corrente da bobina associada à freqüência da tensão de alimentação de comando retificada. Pode-se, por exemplo, adotar um limite mínimo fixo, suficientemente baixo de maneira que o microcontrolador consiga distinguir entre a queda vinculada à ondulação e o decaimento associado à movimentação da armadura, mesmo na condição de maior ondulação da corrente (menor tensão de alimentação de comando prevista). Ou então, o limite mínimo pode ser variável, estabelecido com base no menor valor de corrente medido pelo microcontrolador após o transitório inicial de crescimento da corrente.

9 _{Na verdade, o contactor investigado é do tipo “dupla ruptura”, no qual a corrente é estabelecida} por meio de uma ponte de contatos. O primeiro toque de um contato fixo com o contato móvel correspondente não necessariamente estabelece a corrente, uma vez que a extremidade oposta da ponte pode ainda não ter tocado o outro contato fixo [8]. Entretanto, por simplicidade, o termo “primeiro toque” será utilizado para caracterizar o instante em que a corrente é estabelecida pela primeira vez.

De uma forma ou de outra, a estratégia de detecção do fechamento por meio da comparação entre a última medição de corrente e um valor mínimo, embora funcional, mostra-se ineficiente para o acionamento do contactor em corrente alternada. A razão é que o fechamento do contactor leva vários ciclos da tensão de alimentação de comando para se completar, e o início da movimentação da armadura pode ocorrer em qualquer ponto da forma de onda da corrente da bobina. Se o processo de fechamento, por exemplo, tiver início no instante em que a corrente está próxima de seu valor máximo, esta levará mais tempo para cair até o valor mínimo (que caracteriza a detecção) do que seria o caso se a movimentação da armadura começasse durante o vale da corrente. Este tempo adicional atrasa a detecção, talvez o suficiente para comprometer a eficácia do algoritmo de redução do repique.

Em contrapartida, propõe-se uma técnica mais sofisticada para detecção da movimentação da armadura quando a tensão de alimentação de comando é alternada. Ao invés de comparar a medição atual de corrente com um único valor mínimo, o microcontrolador primeiro registra, ao longo de um semiciclo da tensão de alimentação de comando, o valor de corrente medido e o instante, relativo ao início do semiciclo, no qual a medição foi realizada. Este registro é feito por tempo suficiente para permitir que a corrente da bobina entre em regime. Em uma segunda etapa, o microcontrolador passa então a comparar cada nova amostra de corrente tomada com o valor anteriormente registrado no mesmo instante de tempo relativo. Desta forma, a tabela de medições estabelecida na memória do microcontrolador provê uma forma de onda de referência para a corrente da bobina. Assim que for observada uma tendência de queda na envoltória da forma de onda da corrente, o algoritmo considera iniciado o fechamento do contactor.

O algoritmo de detecção do fechamento do contactor, para acionamento em corrente alternada, é mostrado na Fig. 4.15. tref é o registrador que realiza a marcação dos

instantes de tempo, relativos ao início de cada novo semiciclo da tensão de alimentação de comando, nos quais as amostras da corrente da bobina são tomadas, e serve de apontador para a tabela na qual as medições são armazenadas para posterior comparação. t2 demarca

Estabelece corrente de fechamento

Cruzamento por zero da tensão

de controle Us? Não Início da etapa de transição Novo período de comutação? Mede corrente da bobina

Grava última medição na posição apontada

por tref na memória

Sim Incrementa tref Reseta tref Esgotado intervalo de tempo t2? Não Mede corrente da bobina Novo período de comutação? Cruzamento por zero da tensão

de controle Us?

Compara última medição com valor gravado na posição apontada por tref

Reseta tref Incrementa tref Sim Última medição é inferior ao valor gravado? Não Sim Sim Detectado o fechamento Sim Não Não Sim Não Etapa de detecção

Fig. 4.15 - Algoritmo de detecção do fechamento (tensão de alimentação de comando alternada).

Um exemplo de seqüência de fechamento — incluindo a etapa de ajuste da limitação da corrente e a etapa de detecção do fechamento —pode ser visto na Fig. 4.16.

Nesta figura estão indicados os instantes relevantes a cada um dos dois algoritmos até agora abordados:

• t : instante em que tem início a circulação de corrente pela bobina do ₀ contactor;

• n=1: neste instante ocorre o primeiro cruzamento por zero da tensão de alimentação de comando, e tem início a primeira iteração do algoritmo de ajuste do limite da corrente. Cada iteração consiste na medição, durante um semiciclo da tensão de alimentação de comando, da corrente da bobina, na determinação do valor médio desta corrente (ao longo do semiciclo) e no ajuste apropriado da limitação de corrente para o próximo semiciclo. n, na figura, refere-se ao número da iteração, ficando claro que, na aquisição em questão, o algoritmo considerou satisfatório o valor médio da corrente após a quarta iteração;

• t : este instante demarca o fim da primeira etapa, de ajuste da limitação _reg da corrente, e o início da etapa de detecção do fechamento. A partir deste ponto o microcontrolador começa a registrar na memória as amostras de corrente e os instantes, relativos ao último cruzamento por zero da tensão de alimentação de comando, nos quais estas amostras são tomadas;

• t₂−t_reg: neste instante o microcontrolador não mais registra as medições de corrente, mas sim passa a compará-las com as amostras gravadas na memória para detecção do fechamento;

• t : neste instante o algoritmo detectou a movimentação da armadura e, _det conseqüentemente, o início do fechamento do contactor;

• t_fech: este é o momento, registrado pelo osciloscópio, no qual ocorre o primeiro toque dos contatos.

O tempo entre a detecção do fechamento e o primeiro toque dos contatos foi aproximadamente 1,6ms. Muito embora seja possível afirmar que a envoltória da corrente da bobina tenha começado a cair antes do instante tdet, o algoritmo implementado aplica

uma margem de segurança à comparação de maneira a evitar detecções errôneas (precoces) e garantir uma certa robustez no funcionamento. Como pode ser constatado na figura, mesmo após o ajuste da limitação de corrente (instante treg) a forma de onda pode

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 C or rente na b obi na ( A ) n=1 n=3 t_reg t_det t_{0 n=2 n=4} t₂ - t_reg t_fech ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ Tempo (ms)

Fig. 4.16 - Exemplo de seqüência de fechamento incluindo o ajuste da limitação da corrente e a detecção do fechamento.