BRPI0713176A2 - "mecanismo para controlar a voltagem abastecida a um carga, método para variar a voltagem a uma carga e método para variar a voltagem a um motor por indução" - Google Patents

Abstract

MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MéTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MéTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUçãO. Mecanismo para controlar a voltagem abastecida em uma carga, compreendendo: um transformador multifásico tendo uma bobina primária e secundária para cada fase, cada secundária sendo conectada em série entre uma linha de entrada e uma saída direcionada à carga; e a primária é configurável por comutadores de modo que a fase da voltagem da secundária é diferente da linha á qual é conectada por uma fase diferente de O e 180 graus.

Description

"MECANISMO PTVRA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA AlMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO"

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se ao mecanismo para controlar a voltagem abastecida a uma carga, método para variar a voltagem a uma carga e método para variar a voltagem a um motor por indução, por exemplo, um sistema de voltagem variável adequada para dar partida em um motor e para operar um motor sob carga reduzida.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

Os motores por indução abastecem uma voltagem EMF posterior quando estão operando. Durante a partida, sem nenhum EMF posterior, a impedância de entrada dos motores é relativamente baixa e a voltagem de pico é alta. Isso faz com que correntes desnecessárias sejam retiradas do abastecimento (linha). Não somente exige que o motor seja designado para suportar essas linhas, porém também a linha deve ter essas grandes correntes disponíveis.

Um número de soluções foi proposto e estão em uso para fornecer uma menor voltagem durante a partida e aumentando a voltagem conforme a velocidade do motor aumenta.

Um método é a configuração "estrela-delta" em que o motor é alimentado a partir de um transformador trifásico e as bobinas do motor são comutadas a partir de uma conexão em estrela à linha de energia a uma conexão delta conforme o motor acelera. Isso fornece dois níveis de voltagem para dar partida no motor. Esse método possui as seguintes desvantagens:

1. Somente existem dois níveis de voltagem e existem efeitos de comutação que provocam picos de voltagem durante permutação de uma configuração para outra.

2. Existe uma necessidade para 6 fios entre o controlador de energia e o motor.

3. A corrente de linha do motor é idêntica à corrente na linha de abastecimento, mesmo durante a partida.

4. Os contatores comutando entre os 2 modos transportam toda a corrente do motor.

5. A necessidade para grandes resistores auxiliares de modo a permitir o fluxo continuo de corrente durante a comutação.

Um segundo método utiliza um autotransformãdor derivado para variar a voltagem. Nesse método, a voltagem ao motor é abastecida via um autotransformador redutor tendo múltiplas derivações. 0 motor é primeiro conectado ã derivação mais baixa e, conforme o motor acelera, a entrada do motor é transferida para voltagens sucessivamente superiores ao alterar a derivação abastecendo a voltagem. Esse método está sujeito a um número de diferentes deficiências. Uma é a exigência de comutar toda a energia sendo utilizada, a cada momento em que a voltagem é alterada. Uma segunda deficiência é que o espiral e núcleo do transformador devem ser designados para transportar a corrente de partida do motor. Isso torna o transformador muito grande e dispendioso, com tamanhos semelhantes aos do próprio motor sendo comuns. Uma terceira deficiência é que existe uma série de problemas de comutação, já que a saida é desconectada a cada vez que a derivação é alterada. Por esse motivo, essa metodologia não é usada extensivamente. Quarto, os contatores devem transportar toda a corrente quando as voltagens são comutadas.

Um terceiro método usa o controle de fase para variar a voltagem. Nesse método, os tiristores são usados para controlar a voltagem e a fase de descarga dos tiristores é usada para variar a voltagem entregue a uma saida. Esse método não entrega uma voltagem sinusoidal e suas ineficiências nos motores de partida são bem-conhecidas. Especificamente, existe um atraso intrínseco de fase, especialmente durante a partida e transitórios roubando energia quando o tiristor é descarregado. Além do mais, geralmente não é possível utilizar os capacitores de modo a aprimorar o fator de energia com o controle de fase.

Outra questão que surge com o controle dos motores por indução é que eles são mais eficientes em carga completa. Quando a carga é reduzida, as perdas de núcleo permanecem altas e a eficiência cai. É conhecido que reduzir a voltagem nos motores por indução quando a carga é menor do que o valor calculado resulta em operação mais eficiente. Entretanto, nenhum modo prático de implantar tal alteração é conhecido.

A patente israelense 133307 depositada em 5 de dezembro de 199_, cuja revelação é incorporada aqui por referência, descreve um sistema para controle de ignição em que um transformador primário é colocado transversalmente à entrada (entre as conexões de "linha" e "retorno") e o secundário está em série entre a carga e a linha. 0 secundário é enrolado e anexado para opor-se (e assim reduzir) a voltagem de linha abastecida à carga. Isso fornece uma voltagem reduzida na carga. Quando a voltagem total é necessária, a entrada do transformador é desconectada a partir do retorno e em curto circuito, forçando a voltagem no secundário a zero. 0 secundário pode então estar em curto circuito. As múltiplas etapas do transformador podem ser abastecidas para fornecer uma maior variação nas voltagens de carga. Para três fases, essa configuração é repetida três vezes.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um aspecto de algumas configurações da presente invenção é referente ao abastecimento de uma voltagem variante a uma carga, em que mais de duas voltagens são fornecidas à carga, sem o uso de elementos ativos e sem problemas substanciais de comutação.

Conforme aqui usado, o termo "sem o uso de elementos ativos" ou semelhante, significa que os dispositivos ativos, tais como, transistores e tiristores, não são usados no caminho de energia entre a entrada e a carga.

Em um amplo aspecto da invenção, a entrada de energia é uma entrada de energia trifásica e o caminho de energia inclui um secundário de um transformador trifásico, cujo primário é configurável de modo que a fase da voltagem do secundário é diferente da linha à qual é conectado por uma fase diferente de 0 e 180 graus.

Em uma configuração da invenção, os primários são comutáveis entre pelo menos duas posições, pelo menos uma das quais é (1) uma posição em que o primário é conectado entre as duas fases de entrada; (2) uma posição em que o primário é conectado entre uma primeira fase de entrada e neutra; e (3) uma posição em que o primário é conectado entre uma segunda fase de entrada e neutra. Preferivelmente, em uma quarta configuração (4) o primário é desconectado e o secundário está opcionalmente em curto. Essa configuração pode fornecer pelo menos 4 diferentes voltagens de saida. Conforme aqui usado, o termo "neutro" significa um neutro efetivo ou virtual, i.e., um ponto de voltagem próxima a zero formado quando uma extremidade das fases é conectada junto.

Em uma configuração da invenção, ao dar partida em um motor, o primário é conectado entre a mesma fase conforme alimenta o secundário e uma segunda fase. A voltagem de saida para a fase especifica é a soma da voltagem de entrada para tal fase e a fase transformada à voltagem de fase. Essa voltagem pode ser maior do que a voltagem de entrada ou menor do que a voltagem de entrada. Para a partida de motor, a configuração de bobina, que reduz a voltagem, é usada. Presumindo-se como um exemplo que a voltagem de entrada é de 400 volts (linha à linha) e a razão de transformação é de 400 a 110 volts, a voltagem resultante de saída linha à linha é de 253 V (sem carga). Se o primário é comutado a partir da segunda fase ao neutro, a voltagem de saída linha à linha é aumentada para 289 V (sem carga). É observado que já que o secundário permanece conectado entre a entrada e saída, não existe voltagem de comutação gerada pela alteração. Opcionalmente, um atenuador ou outro circuito de redução de pico é colocado transversalmente aos primários.

Depois, o primário é comutado transversalmente a uma segunda fase e neutra. A voltagem resultante de saída linha à linha é de 356 V (sem carga). Então, o primário é desconectado a partir da entrada e o secundário está em curto. A voltagem de saída é agora a mesma que a voltagem de entrada, isto é, 400 V.

Ao escolher outras razões de transformação, outros níveis de voltagens podem ser atingidos. Além disso, ao alterar a direção de conexão do primário, as voltagens adicionais, superiores à voltagem de entrada, podem ser atingidas. Nos casos descritos, uma voltagem de 600, 515 e 460 V poderia ser atingida, além de 400 V. Outras voltagens também podem ser atingidas por outras conexões.

É observado que o transformador transforma somente uma pequena porcentagem da energia utilizada pela carga. Dessa forma, o transformador pode ser menor do que os transformadores usados nos métodos de variação de energia da técnica anterior, tais como, os métodos de autotransformador estrela-delta e de derivação. Em uma segunda configuração da invenção, menos comutação é realizada e menos níveis de voltagem de entrada são atingidos.

Em algumas configurações da invenção, conforme acima indicado, os primários são conectados diretamente transversalmente às linhas de entrada e bobinas secundárias são séries conectadas no lado de carga da conexão paralela dos primários. Em configurações alternativas da invenção, as bobinas secundárias são séries conectadas ao lado de linha e a conexão paralela dos primários está no lado de carga, após as bobinas secundárias. Em ainda outra configuração alternativa da invenção, um lado de cada primário é conectado no lado de linha das bobinas secundárias e o outro da bobina primária é conectado no lado de carga das bobinas secundárias.

Um aspecto de algumas configurações da invenção é referente ao ajuste da voltagem em um motor para fornecer a operação mais eficiente conforme a carga se altera. É conhecido que um motor por indução pode operar em uma voltagem inferior do que sua voltagem calculada, quando a energia mecânica abastecida pelo motor for menor do que sua energia calculada. Quando operado nessa voltagem inferior, o fator de energia do motor é aumentado, resultando em perdas inferiores no motor e transformadores, bem como menos interrupção ao sistema de energia.

Em uma configuração da invenção, a energia abastecida ao motor que é alimentada pelo abastecimento de energia é medida. A voltagem é então reduzida, opcionalmente utilizando a metodologia acima descrita, a uma voltagem que fornecerá um fator de energia aprimorado, enquanto ainda abastece energia em uma corrente abaixo da corrente calculada do motor e transformador.

Enquanto a invenção foi descrita no contexto dos sistemas trifásicos, alguns elementos da invenção também são aplicáveis (com menores níveis de voltagem) para sistemas bifásicos e também para alteração de voltagem de energia em sistemas unifásicos.

Dessa forma, é fornecido, em conformidade com uma configuração da invenção, o mecanismo para controlar a voltagem abastecida a uma carga, compreendendo:

um transformador multifásico tendo uma bobina primária e secundária para cada fase, cada secundário sendo conectado em série entre uma linha de entrada e uma saída conectada à carga; e o primário é configurável por comutadores de modo que a fase da voltagem do secundário é diferente da linha à qual é conectada por uma fase diferente de 0 e 180 graus.

Em uma configuração da invenção, os comutadores compreendem:

uma pluralidade de comutadores, comutáveis para comutar a entrada de cada um dos primários, de modo que são seletivamente conectados em mais de uma pluralidade de configurações, incluindo pelo menos uma configuração em que os diversos primários são conectados entre: (a) a fase de entrada à qual seu secundário é conectado e outra fase de entrada;

(b) a fase de entrada à qual seu secundário é conectado e uma neutra ou neutra virtual;

(c) duas fases diferentes da fase de entrada à qual seu secundário é conectado; e

(d) uma fase diferente da fase de entrada à qual seu secundário é conectado e uma neutra ou neutra virtual.

Em uma configuração da invenção, a pluralidade de comutadores também e capaz de (e) os primários em curto. Opcionalmente, para (e), o respectivo secundário também está em curto circuito.

Em uma - configuração. da invenção, os primários e secundários são configurados de modo que a voltagem na saida é inferior do que a voltagem de linha para cada de (a) até (d).

Em uma configuração da invenção, a pluralidade de comutadores é comutável para comutar a entrada de cada um dos primários, de modo que são seletivamente conectáveis entre dois, três ou todos de (a) até (d).

Em uma configuração da invenção, a comutação para (a) até (d) ocorre somente com relação aos primários dos transformadores.

Em uma configuração da invenção, para comutar entre quaisquer de (a) a (d), nenhuma comutação é necessária nas linhas entre a entrada e a carga.

Em uma configuração da invenção, a voltagem na saída é superior à voltagem de linha para pelo menos uma configuração dos comutadores.

Em uma configuração da invenção, os comutadores são capazes de inverter a polaridade de pelo menos uma das conexões.

Em uma configuração da invenção, o transformador multifásico é um transformadortrifásico e a entrada é uma fonte de voltagem trifásica.

Em uma configuração da invenção, as bobinas primárias são conectadas diretamente transversais às entradas de linha e as bobinas secundárias são séries conectadas às linhas, no lado de carga da conexão paralela.

Em uma configuração alternativa da invenção, as bobinas secundárias são conectadas em série com as entradas de linha e as bobinas primárias são conectadas em paralelo às linhas no lado de carga das bobinas secundárias.

Em ainda outra configuração alternativa da invenção, um lado de cada primário é conectado no lado de linha das bobinas secundárias e o outro da bobina primária é conectado no lado de carga das bobinas secundárias.

É ainda fornecido, em conformidade com uma configuração da invenção, um método para variar a voltagem para uma carga, compreendendo: conectar o mecanismo de acordo com a invenção entre uma entrada multifásica e uma carga; variar a voltagem de saida em pelo menos uma etapa ao seqüencialmente comutar os primários entre as diferentes configurações correspondentes a diferentes voltagens transversalmente ao secundário.

Opcionalmente, a voltagem de saida é variada nas etapas a partir de uma voltagem inferior a uma voltagem superior.

Opcionalmente, as características da carga são medidas e, caracterizado pelo fato de que o aumento de voltagem é interrompido quando as características atingem determinado critério.

Opcionalmente, carga é um motor por indução.

É ainda fornecido, em conformidade com uma configuração da invenção, um método para variar a voltagem em um motor por indução compreendendo:

conectar um mecanismo para controlar a energia em uma carga entre uma entrada e um motor por indução;

medir as características do motor por indução de acordo com determinada voltagem;

determinar se é melhor aumentar ou reduzir a voltagem com base nas características; e

variar a voltagem de saída responsiva à determinação.

Opcionalmente, o mecanismo é um mecanismo de acordo com a invenção.

Opcionalmente, a voltagem de linha de entrada é superior a RMS de 270 volts. Opcionalmente, a carga é um motor trifásico.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A seguinte descrição detalhada de determinadas configurações não limitantes da invenção é fornecida para ainda elucidar a invenção e apresentar o melhor modo conhecido ao inventor para realizar a invenção.

A descrição detalhada deve ser lida em conjunto com os desenhos abaixo listados. Onde aplicável, os mesmos numerais de referência são usados nas diversas figuras para referir os mesmos elementos ou elementos semelhantes.

a figura 1 é um desenho, de circuito esquemático de um sistema de acionamento energizando um motor, em

conformidade com uma configuração exemplar da invenção;

a figura 2 é um desenho de circuito de um transformador e comutadores associados no sistema de acionamento, em conformidade com uma configuração da invenção;

as figuras 3A e 3B são respectivamente as conexões do circuito da figura 2 e um diagrama de estágio para uma primeira configuração em que uma voltagem inferior é atingida;

as figuras 4A e 4B são respectivamente as conexões do circuito da figura 2 e um diagrama de estágio para uma segunda configuração em que uma primeira voltagem mais alta é atingida; as figuras 5A e 5B são respectivamente as conexões do circuito da figura 2 e um diagrama de estágio para uma terceira configuração em que uma segunda voltagem superior é atingida;

as figuras 6A e 6B são respectivamente as conexões do

circuito da figura 2 e um diagrama de estágio para uma quarta configuração em que a voltagem de linha é entregue ao motor;

a figura 7 é um desenho de circuito de um transformador e comutadores associados no sistema de acionamento, em conformidade com uma configuração da invenção;

a figura 8 é um desenho de circuito de um transformador e comutadores associados no sistema de

acionamento, em conformidade com ainda outra configuração da invenção; e a figura 9 é um fluxograma de uma metodologia de controle da voltagem de um motor por indução para combinar a voltagem da carga no motor.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A figura 1 é um desenho de circuito esquemático de um controlador de energia (sistema de acionamento) 100 energizando um motor 102, em conformidade com uma configuração exemplar da invenção.

Conforme mostrado, o controlador de energia 100 recebe a energia trifásica nas fases L1, L2 e L3 na primeira voltagem e entrega a energia ao motor 100 em uma voltagem variável de saida nas fases U, V e W. O motor aciona uma carga 104. Um neutro N pode ser abastecido ao motor. Um controlador 106 controla a operação dos controladores de energia e pode ser responsivo às entradas a partir de um módulo de medição opcional 108, conforme abaixo explicado.

A figura 2 mostra alguns detalhes do circuito do controlador de energia 100, em uma configuração exemplar da invenção. Em sua forma mais simples, o controlador de energia compreende um transformador trifásico tendo primeiras bobinas designadas como P1, P2 e P3 e bobinas secundárias S1, S2 e S3. As bobinas secundárias são conectadas em série entre as entradas de linha e a carga. Além disso, o controlador de energia inclui uma pluralidade dos comutadores trifásicos Kl, K2, K3 e K 4, que são efetivos para conectar as bobinas primárias transversais à entradas de linha de diferentes modos.

Adicionalmente, um comutador trifásico opcional K6 é usado para fazer curto circuito das bobinas secundárias sob determinadas circunstâncias.

As configurações principais dos comutadores são ilustradas nas seguintes figuras.

As figuras 3A e 3B são respectivamente as conexões do circuito da figura 2 e um diagrama de vetor para uma primeira configuração em que uma voltagem inferior é entregue à carga.

A figura 3A mostra o circuito da figura 2 quando os comutadores Kl e K3 estão fechados e os outros comutadores estão abertos. Nessa configuração, Pl é conectado entre as fases de linha 1 e 2, P2 é conectado entre as fases de linha 2 e 3 e P3 é conectado entre as fases de linha 3 e 1.

Já que a fase da voltagem aplicada aos primários é de 30° a partir da fase com a linha à qual o secundário é conectado, o diagrama de fase mostrado na figura 3B resulta. Como ilustração, e sem limitar a invenção, uma razão de primário/secundário de 400/100 é assumida e a voltagem de entrada é assumida como sendo 400 vo1ts.

Para as direções de bobina mostradas, a fase resultante para voltagens de saida de fase U, V, W é de 253 volts.

As figuras 4A e 4B são respectivamente as conexões do circuito da figura 2 e um diagrama de estágio para uma segunda configuração em que uma próxima voltagem superior é entregue à carga.

A figura 4A mostra o circuito da figura 2 quando os comutadores Kl e K4 estão fechados e os outros comutadores estão abertos. Nessa configuração, cada P1, P2 e P3 é conectado entre sua própria fase e neutro. Opcionalmente, a conexão pode ser uma neutra efetiva ou uma neutra virtual N' formada pela conexão de uma extremidade dos transformadores a um mesmo ponto.

Já que a fase da voltagem aplicada aos primários está na fase com a linha à qual o secundário está conectado, o diagrama de fase mostrado na figura 4B resulta. Como ilustração, e sem limitar a invenção, uma razão primária/secundária de 400/100 é assumida e a voltagem de entrada é assumida como sendo de 400 volts. Já que a voltagem em cada uma das bobinas P é de 253 volts, as voltagens secundárias são de 63 volts, a partir da fase com as voltagens de linha de entrada. A fase às voltagens de fase U, V, W é então de 289V.

É observado que quando comutando (break before make, é desejável) entre as configurações da figura 3A e figura 4A, a corrente ao motor não é interrompida, embora as bobinas secundárias momentaneamente forneçam uma alta impedância, já que o primário está em circuito aberto. Opcionalmente, um atenuador ou outro circuito de redução de pico é colocado transversal aos primários.

As figuras 5A e 5B são respectivamente as conexões do circuito da figura 2 e um diagrama de estágio para uma terceira configuração em que uma próxima voltagem superior é entregue à carga.

A figura 5A mostra o circuito da figura 2 quando os comutadores K2 e K3 estão fechados e os outros comutadores estão abertos. Nessa configuração, cada um de P1, P2 e P3 é conectado entre outra fase e neutro.

Já que a fase de voltagem aplicada aos respectivos primários é de 60° a partir da fase com a linha à qual o secundário é conectado, o diagrama de fase mostrado na figura 5B resulta. Como ilustração, e sem limitar a invenção, uma razão primária/secundária de 400/100 é assumida e a voltagem de entrada é assumida como sendo de 400 volts. Já que a voltagem em cada uma das bobinas P é de 253 volts, as voltagens secundárias são de 63 volts. A fase às voltagens de fase U, V, W é então de 356V.

As figuras 6A e 6B são respectivamente as conexões do circuito da figura 2 e um diagrama de estágio para uma quarta configuração em que a voltagem de linha de entrada é entregue à carga.

A figura 6A mostra o circuito da figura 2 quando os comutadores K2 e K4 estão fechados e os outros comutadores estão abertos, exceto que K6 está opcionalmente fechado. Nessa configuração, cada um de P1, P2 e Ps é desconectado a partir da linha e em curto e os secundários estão opcionalmente em curto da mesma forma. Assim, nenhuma voltagem substancial opõe-se à voltagem de linha de entrada e tal voltagem, isto é, 400 volts, é aplicada diretamente ao motor.

Deve ser entendido que o curto dos secundários não é absolutamente necessário. Entretanto, eles estão preferivelmente em curto para evitar perdas de núcleo e/ou condução no transformador.

Se menos etapas de voltagem são exigidas, então o número de comutadores no lado primário pode ser reduzido. Por exemplo, se K3 e K4 são substituídos por curtos circuitos, fechando Kl, enquanto mantém K2 e K6 abertos, resultará na configuração da figura 3A e abastecerá uma voltagem de 253 volts à carga. A abertura de Kl e curto de K2, e opcionalmente K6, resultará na configuração da figura 6A e entregará a voltagem de linha de entrada à carga.

Desse modo, a presente invenção foi até agora descrita no contexto de abastecer voltagens abaixo ou igual à voltagem de linha à carga, como, por exemplo, para dar partida em um motor por indução. Entretanto, uma configuração semelhante pode ser usada para abastecer uma ou mais voltagens superiores de linha à carga, se as bobinas no transformador (ou conexões primárias ou secundárias) forem revertidas, por exemplo, ao inverter as conexões do primário. Tais configurações poderiam ser úteis, no caso em que uma voltagem superior do que a voltagem de operação for exigida para dar partida ou no caso em que mais etapas de voltagem sejam consideradas desejáveis. 0 fornecimento de etapas intermediárias pode exigir mais comutadores.

De forma semelhante, voltagens intermediárias adicionais podem ser atingidas ao comutar os primários de diferentes modos, por exemplo, ao conectar os primários entre uma fase diferente do secundário. É observado, entretanto, que nas configurações preferidas mostradas, todas as comutações estão no lado de corrente inferior e não existem quaisquer comutadores no caminho da corrente principal.

Na configuração 100 acima descrita e mostrada nas figuras 2-6, os primários são conectados diretamente transversais às linhas de entrada e as bobinas secundárias são séries conectadas no lado de carga da conexão paralela dos primários. Nas configurações alternativas da invenção, as bobinas secundárias são séries conectadas ao lado de linha e a conexão paralela dos primários está no lado de carga, após as bobinas secundárias.

A figura 7 mostra tal conexão, para um controlador de energia 200, em que cada uma das referências para as bobinas e os comutadores é a mesma que na figura 2. A operação do controlador de energia 200 é análoga ao do controlador de energia 100 e a mesma comutação resulta nas mesmas voltagens conforme acima descrito. Em algumas configurações da invenção, o controlador 200 substitui o controlador 100 na figura 1.

Em algumas configurações da invenção, o objetivo é o de combinar a voltagem em um motor por indução ou outra carga quando a carga é reduzida. Para um motor por indução, para qualquer determinada carga mecânica, a velocidade de rotação e a corrente retirada ajustam-se automaticamente para estar em conformidade com a carga mecânica. Conforme a carga é reduzida, a velocidade aumenta de modo que é mais próxima à velocidade sincrona e a corrente cai, com o fator de energia e eficiência caindo da mesma forma. Em uma configuração da invenção, a voltagem aplicada é ajustada de modo que o motor opera próximo à corrente calculada total e energia para tal voltagem de entrada.

Em ainda outra configuração alternativa da invenção, um lado de cada primário é conectado no lado de linha das bobinas secundárias e o outro da bobina primária é conectado no lado de carga das bobinas secundárias.

A figura 8 mostra tal conexão, para um controlador de energia 300, em que cada uma das referências para as bobinas e comutadores é a mesma que na figura 2. A operação do controlador de energia 300 é análoga a do controlador de energia 100 e a mesma comutação resulta nas mesmas voltagens conforme acima descrito. Em algumas configurações da invenção, o controlador 300 substitui o controlador 100 na figura 1.

Enquanto a operação das confi gurações das figuras 7 e 8 é geralmente semelhante ao da figura 2, as voltagens (e razão de transformador preferida) pode ser de algum modo diferente, dependendo da utilização da invenção. Por exemplo, para a configuração da figura 7, com um primário calculado em 230V e um secundário em 110V, as voltagens de saida são de 220V, 250V, 300V e 400V para redução de Kl, K3; Kl, K4; K2, K3; e K2, K4 e K6, respectivamente. Por exemplo, para a configuração da figura 8, com um primário calculado em 280V e um secundário em 120V, as voltagens de saida são de 230V, 260V, 320V e 400V para redução de Kl, K3 / Kl, K4; K2, K3; e K2, K4 e K6, respectivamente. É enfatizado para todas as três configurações, uma ampla escolha de razões primárias/secundárias está disponível e pode ser ajustada para fornecer uma variedade de valores de voltagem nas diversas etapas. O ajuste de voltagem pode ser feito automaticamente em resposta a uma medição de RPM do motor, ou corrente retirada ou fase da corrente.

Retornando à figura 1, o módulo de medição 108 é usado para medir um ou mais indicadores de carregamento do motor 102. Tais indicadores incluem a energia no motor, a fase da corrente (com relação à voltagem) da entrada de energia ao motor, a taxa de rotação do motor e corrente. Alternativamente, as características elétricas do motor podem ser medidas a montante do controlador de energia.

Cada um desses indicadores pode- ser usado para acessar se o motor está operando em uma voltagem adequada para a carga mecânica ou se a voltagem entregue ao motor é muito alta para a operação mais eficiente.

Especialmente, quando a entrada de energia ao motor estiver abaixo de determinado limite para qualquer determinada voltagem de entrada, então a hipótese é de que a voltagem pode ser seguramente reduzida (com aumento concomitante na corrente) para abastecer a mesma carga mecânica. Se a fase da corrente retardar a fase da voltagem em mais de determinado valor, então a mesma hipótese pode ser atingida. De forma semelhante, uma velocidade de rotação que é mais próxima do que algum valor à velocidade sincrona do motor indica que o motor está sob carga para a voltagem de entrada ao motor.

Em cada um desses casos, o controlador 106 determina se o motor pode entregar a energia exigida na próxima voltagem disponível e ainda estar dentro de um limite de corrente que é característica do motor. Se puder, então a voltagem abastecida pelo controlador de energia 100 é ajustada à próxima voltagem inferior disponível. De forma semelhante, o controlador 106 pode determinar, com base nas características operacionais fornecidas pelo módulo de medição 108, que o motor está próximo à energia mais alta que pode atingir na voltagem sendo abastecida. Nesse caso, o controlador 106 pode alterar os padrões de comutador no controlador, de energia 100, 200 ou 300 para abastecer uma voltagem superior ao motor.

A figura 9 é um fluxograma de uma metodologia 700 de controle da voltagem de um motor por indução para combinar a voltagem à carga no motor. Em 702, as características do motor são determinadas. Em 704, as características do motor são comparadas aos critérios para determinar se a voltagem pode ser aumentada ou diminuída, conforme acima descrito. Se a voltagem for a voltagem "correta" para a carga, o módulo 108 e o controlador 106 continuam a monitorar se uma alteração na voltagem é desejável. Se a voltagem for determinada como sendo reduzível, então, é reduzida 706. Se for determinado que deva ser aumentada, então é aumentada 708. Em cada caso, as características são monitoradas para determinar se a voltagem é adequada.

Opcionalmente, o controlador 106 incorpora as informações referentes às características operacionais do motor e usa essas características para determinar se deve comutar o motor à próxima voltagem superior ou voltagem inferior.

Deve ser entendido que, ao dar a partida no motor, as medições das características operacionais do motor podem indicar que o motor não precisa da voltagem mais alta disponível para abastecer a energia necessária pelo motor. Sob essas circunstâncias, uma ou mais operações de comutação às voltagens superiores são opcionalmente não realizadas.

Enquanto o uso de um controlador de energia para reduzir ou controlar a voltagem abastecida ao motor com base nas características operacionais do motor foi explicado utilizando o controlador de energia 100, 200 ou 300 acima descrito, outros controladores de energia conhecidas na técnica podem ser usados para essa finalidade.

Também deve ser entendido que, enquanto é desejável monitorar as características do motor para determinar quando comutar as voltagens, em algumas configurações da invenção, a comutação é realizada automaticamente durante a partida do motor, com a comutação ocorrendo em determinado tempo após a comutação anterior ou após a corrente de entrada cair abaixo de algum valor ou abaixo de uma porcentagem de seu valor inicial. Nesse caso, o controlador pode ser considerado um temporizador ou simples mecanismo de medição de corrente.

Será apreciado que os métodos acima descritos podem ser variados de muitas formas, incluindo, alterando a ordem de etapas, e/ou realizando uma pluralidade de etapas simultaneamente. Deve ser apreciado também que a descrição acima descrita dos métodos e mecanismo deve ser interpretada como incluindo o mecanismo para realizar os métodos, e métodos para utilizar o mecanismo. A presente invenção foi descrita utilizando as descrições detalhadas não limitantes de suas configurações que são fornecidas como exemplo e não são pretendidas para limitar o escopo da invenção. Deve ser entendido que as características e/ou etapas descritas com relação a uma configuração poderão ser usadas com outras configurações e que nem todas as configurações, da invenção possuem todas as características e/ou etapas demonstradas em uma figura específica ou descritas com relação a uma das configurações. As variações das configurações descritas ocorrerão às pessoas com habilidade na técnica. Além do mais, os termos "compreende," "inclui," "possui" e seus cognatos, significarão, quando usados nas reivindicações, "incluindo, porém não necessariamente limitado a."

É observado que algumas das configurações acima descritas podem descrever o melhor modo contemplado pelos inventores e, portanto, podem incluir a estrutura, atos ou detalhes das estruturas e atos que possam não ser essenciais a uma invenção e que são descritos como exemplos. A estrutura e atos aqui descritos são passíveis de substituição por equivalentes que realizam a mesma função, mesmo se a estrutura ou atos sejam diferentes, conforme conhecido na técnica. Portanto, o escopo da invenção somente é limitado pelos elementos e limitações, conforme utilizados nas reivindicações.

Claims (15)

1. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo o mecanismo para controlar a voltagem trifásica abastecida a uma carga, caracterizado por compreender: um transformador multifásico tendo uma bobina primária (P1, P2, P3) e secundária (S1, S2, S3) para cada fase, cada secundário sendo conectado em série entre uma linha de entrada e uma saída conectada à carga; e a bobina primária é configurável pelos comutadores para posicioná-la entre as diferentes bobinas das fases de modo que a fase da voltagem da bobina secundária seja diferente da linha na qual é conectada por uma fase diferente entre 0 e 180 graus.

2. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo o mecanismo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os comutadores (Kl, K2, K3, K4) compreendem: uma pluralidade de comutadores comutáveis para comutar a entrada de cada um dos primários de modo que são seletivamente conectados em mais de uma pluralidade das configurações, incluindo pelo menos uma configuração em que os diversos primários são conectados entre: (a) a fase de entrada à qual seu secundário está conectado e outra fase de entrada; (b) a fase.de entrada à qual seu secundário está conectado e um neutro e neutro virtual; (c) duas fases diferentes da fase de entrada à qual seu secundário está conectado; e (d) uma fase diferente da fase de entrada à qual seu secundário está conectado e um neutro e neutro virtual.

3. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo o mecanismo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de comutadores (Kl, K2, K3, K4) também é capaz de (e) primários em curto.

4. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo o mecanismo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que para (e) o respectivo secundário também está em curto circuito.

5. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo o mecanismo de acordo com as reivindicações 2, ou 3, ou 4, caracterizado pelo fato de que os primários e secundários são configurados de modo que a voltagem na saída é inferior do que a voltagem de linha para cada um de (a) até (d).

6. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR. A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo o mecanismo de acordo com as reivindicações 2, ou 3, ou 4, ou 5, caracterizado pelo fato de que a pluralidade dos comutadores (Kl, K2, K3 E K4) é comutável para comutar a entrada de cada um dos primários de modo que são seletivamente conectáveis entre dois ou mais de (a) até (d).

7. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo o mecanismo de acordo com as reivindicações 2, ou 3, ou 4, ou 5, ou 6, caracterizado pelo fato de que a pluralidade dos comutadores (Kl, K2, K3, K4) é comutável para comutar a entrada de cada um dos primários de modo que são seletivamente conectáveis entre três ou mais de (a) até (d).

8. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo o mecanismo de acordo com as reivindicações 2, ou 3, ou 4, ou 5, ou 6, ou 7, caracterizado pelo fato de que a comutação para (a) até (d) ocorrer somente com relação aos primários dos transformadores.

9. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo o mecanismo de acordo com as reivindicações 2, ou 3, ou 4, ou 5, ou 6, ou 7, ou 8, caracterizado pelo fato de que para comutar entre quaisquer de (a) até (d), nenhuma comutação é necessária nas linhas entre a entrada e a carga (104).

10. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo o mecanismo de acordo com as reivindicações 1, ou 2, ou 3, ou 4, ou 5, ou 6, ou 7, ou 8, ou 9, caracterizado pelo fato de que a voltagem na saída é mais alta do que a voltagem de linha para pelo menos uma configuração dos comutadores (Kl, K2, K3 e K4).

11. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo o mecanismo de acordo com as reivindicações 1, ou 2, ou 3, ou 4, ou 5, ou 6, ou 7, ou 8, ou 9, ou 10, caracterizado pelo fato de que os comutadores (Kl, K2, K3, K4) são capazes de inverter a polaridade de pelo menos uma das conexões.

12. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo um método para variar a voltagem a uma carga, caracterizado por compreender: controlar o mecanismo de acordo com quaisquer das reivindicações 1-11 entre uma entrada multifásica e uma carga; variar a voltagem de saída em pelo menos uma etapa ao seqüencialmente comutar os primários entre diferentes configurações correspondentes a diferentes voltagens transversais ao secundário.

13. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo um método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a voltagem de saída é variada nas etapas a partir de uma voltagem inferior a uma voltagem superior.

14. "MECANISMO PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", prevendo um método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as características da carga são medidas e pelo fato de que o aumento de voltagem é interrompido quando as características atingem determinados critérios.

15. "MECANISMO -PARA CONTROLAR A VOLTAGEM ABASTECIDA A UMA CARGA, MÉTODO -PARA -VARIAR- A VOLTAGEM A UMA CARGA E MÉTODO PARA VARIAR A VOLTAGEM A UM MOTOR POR INDUÇÃO", tal como descrito eml, 2, 3, 4, 5, 6, - 7, 8, 9, 10 ou 11, prevendo um método de variar a voltagem a um motor por indução, caracterizado por compreender: conectar um mecanismo para controlar a energia a uma carga entre uma entrada e um motor (102) por indução; medir as características do motor (102) por indução sob determinada voltagem; determinar se deve aumentar ou reduzir a voltagem com base nas características; e variar a voltagem de saída responsiva à determinação.