Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DECONTROLE DE MOTOR À INDUÇÃO MONOFÁSICO E MÉTODO DECONTROLE DE MOTOR À INDUÇÃO MONOFÁSICO".
A presente invenção refere-se a um sistema de controle de mo-tor à indução monofásico dotado de uma configuração otimizada capaz deevitar a interferência de eventuais ruídos, ou transientes, presentes na redede alimentação do motor, uma vez que o circuito de controle ora propostonão está conectado diretamente à dita rede.
Adicionalmente, a presente invenção prevê um método de con-trole de motor à indução monofásico capaz de prover o acionamento ade-quado do dito motor.
Descrição do Estado da Técnica
Sabe-se que normalmente as cargas ligadas à rede de alimen-tação de corrente alternada, tais como compressores, ventiladores e bom-bas, compreendem um circuito eletrônico de controle conectado diretamenteà dita rede para prover a sua alimentação elétrica.
Muitas vezes, tal disposição faz com que a tensão presente narede de alimentação seja fornecida diretamente ao circuito eletrônico de con-trole, ficando este sujeito a todas as variações, ou transitórios, presentes narede.
Para evitar tal situação, torna-se necessária a instalação de ar-ranjos, ou circuitos, capazes de garantir a integridade do referido circuitoeletrônico de controle. Neste sentido, o uso de filtros ou supressores detransientes são empregados, todavia tais componentes podem sofrer danosdevido aos elevados picos de tensão presentes na rede, ou ainda ém funçãode descargas atmosféricas, manobras na rede, etc.
Tais soluções envolvem um custo elevado e um espaço de ins-talação muitas vezes não-disponível. A utilização de estabilizadores de ten-são também é adotada em alguns casos, porém tal prática eleva ainda maisos custos previstos para a correção do dito problema.
Mais particularmente, no que tange aos sistemas de controle de motores aindução monofásicos existentes no estado da técnica, nota-se que tais solu-ções não oferecem uma configuração capaz de evitar os inconvenientes a-cima descritos, ou seja, a interferência de ruídos e transientes presentes nalinha de alimentação elétrica.
A patente norte-americana US 5424624 refere-se a um circuitode comando (driver circuit) para um atuador elétrico. Adicionalmente, estáprevisto um circuito de armazenamento de energia, dotado de uma fonte dealimentação CC1 voltado para a alimentação de um circuito de controle.
Trata-se, com base na matéria descrita pelo documento US5424624, de um circuito particularmente aplicado no acionamento de cargasindutivas a partir da energia acumulada em um circuito de recuperação.
Nota-se, porém, que tal disposição não apresenta uma soluçãodestinada ao uso de um bloco acondicionador de tensão, não alimentadodiretamente pela rede de alimentação, e capaz de alimentar um circuito decontrole voltado ao comando de um motor à indução monofásico.
A patente norte-americana US 3696281 faz referência a um cir-cuito de partida para motor à indução monofásico. Todavia, tal circuito nãoabarca uma configuração capaz de controlar o motor de indução a partir deum circuito de controle dedicado, alimentado por um bloco acondicionadorde tensão.
O pedido de patente norte-americano US 2005/0162140 refere-se a um circuito de chaveamento especialmente desenhado para o controlede cargas elétricas de corrente alternada, e mais particularmente cargas indutivas.
O circuito de chaveamento descrito no documento de patenteUS 2005/0162140 não aborda o uso de um bloco acondicionador de tensãoespecialmente aplicado na alimentação de um circuito de controle, e capazde evitar a interferência de ruídos, ou transientes da rede, uma vez que ocircuito alimentador do controle (Charge Pump) não apresenta o esquemade conexão otimizado, tal como proposto pela presente invenção.
Com base no acima exposto, o objeto de invenção ora definidooferece uma solução inovadora para um sistema de controle de motor à in-dução monofásico,combinando o uso de um bloco acondicionador de tensãoe um circuito de controle, a fim de comandar o acionamento do motor duran-te todo o seu ciclo de operação.
Ademais, a presente solução confere maior confiabilidade aosistema de controle como um todo, a partir da conexão paralela do dito blocoà chave auxiliar do enrolamento de partida, evitando sobremaneira, confor-me já mencionado, eventuais ruídos e transitórios presentes na linha de ali-mentação na qual o motor está instalado.
Objetivos da Invenção
Um primeiro objetivo da presente invenção é propor um sistemade controle de motor à indução monofásico dotado de uma configuração o-timizada capaz de evitar a interferência de eventuais ruídos, ou transitórios,presentes na rede de alimentação do motor, uma vez que o circuito de con-trole ora proposto não está conectado diretamente à dita rede.
Um segundo objetivo da presente invenção é propor um métodode controle de motor á indução monofásico capaz de prover o acionamentoadequado do dito motor a partir da presente configuração.
Breve Descrição da Invenção
O primeiro objetivo da presente invenção é alcançado atravésda provisão de um sistema de controle de motor à indução monofásico com-preendendo pelo menos um circuito eletrônico de controle, pelo menos umachave principal, pelo menos uma chave auxiliar, pelo menos um bloco acon-dicionador de tensão, a chave principal sendo associada eletricamente a umenrolamento principal do motor à indução monofásico, a chave auxiliar sen-do associada eletricamente a um enrolamento auxiliar do motor à induçãomonofásico, o circuito eletrônico de controle sendo associado eletricamenteao bloco acondicionador de tensão através dos primeiro e segundo terminaisde alimentação, o circuito eletrônico de controle sendo associado eletrica-mente às chaves principal e auxiliar através dos primeiro e segundo termi-nais de comando, as chaves principal e auxiliar sendo ligadas ou desligadaspelo circuito eletrônico de controle, a fim de energizar ou desenergizar osenrolamentos principal e auxiliar, o sistema de controle de motor à induçãomonofásico e o motor monofásico sendo associáveis eletricamente a umafonte de tensão alternada, o bloco acondicionador de tensão está associadoparalelamente à chave auxiliar através dos primeiro e segundo terminais deligação, o bloco acondicionador de tensão sendo capaz de acumular energiaelétrica no desligamento da chave auxiliar, o bloco acondicionador de tensãosendo configurado para fornecer alimentação elétrica maior do que um valorde tensão elétrica mínima ao circuito eletrônico de controle, através dos pri-meiro e segundo terminais de alimentação, por pelo menos um tempo departida, através da energia acumulada no bloco acondicionador de tensão,no ligamento das chaves principal e auxiliar.
É um segundo objetivo da presente invenção prover um sistemade controle de motor à indução monofásico, de tal como que o bloco acondi-cionador de tensão esteja associado eletricamente e paralelamente à chaveauxiliar ou à chave principal através dos primeiro e segundo terminais deligação, o bloco acondicionador de tensão sendo capaz de acumular energiaelétrica no desligamento da chave auxilia, o comportamento indutivo do en-rolamento auxiliar ou do enrolamento principal do motor à indução monofási-co sendo capaz de prover uma filtragem de ruídos e transientes existentesna fonte de tensão alternada.
O terceiro objetivo da presente invenção é alcançado através daprovisão de um método de controle de motor à indução monofásico, o motorà indução monofásico compreendendo um enrolamento principal e um enro-lamento auxiliar, os enrolamentos principal e auxiliar sendo associáveis res-pectivamente às chaves principal e auxiliar, o dito método compreendendoas seguintes etapas:
- conectar eletricamente os enrolamentos principal e auxiliar domotor monofásico à uma primeira extremidade das chaves principal e auxili-ar respectivamente;
- conectar um bloco acondicionador de tensão em paralelo àchave auxiliar através dos primeiro e segundo terminais de ligação;
- conectar o bloco acondicionador de tensão a um circuito ele-trônico de controle através dos primeiro e segundo terminais de alimentação;
- conectar o circuito eletrônico de controle às chaves principal eauxiliar através dos primeiro e segundo terminais de comando do circuitoeletrônico de controle e primeiro e segundo terminais de acionamento daschaves;
- conectar eletricamente o motor à indução monofásico, um pri-meiro terminal de ligação do bloco acondicionador de tensão e uma segundaextremidade das chaves principal e auxiliar a uma fonte de tensão alternada;
- se os enrolamentos principal e auxiliar estiverem desligados,prover alimentação para o bloco acondicionador de tensão através dos pri-meiro e segundo terminais de ligação;
- se os enrolamentos principal e auxiliar forem ligados pelo cir-cuito eletrônico de controle, através dos primeiro e segundo terminais deacionamento das chaves principal e auxiliar, prover alimentação elétrica aocircuito eletrônico de controle, por um tempo de partida, através de uma e-nergia acumulada no bloco acondicionador de tensão;
- se o enrolamento principal estiver ligado e o enrolamento auxi-liar for desligado, prover alimentação para o bloco acondicionador de tensãoatravés dos primeiro e segundo terminais de ligação.
Descrição Resumida dos Desenhos
A presente invenção será descrita a seguir em maiores deta-lhes, com referência aos desenhos anexos, nos quais:
figura 1 - representa uma vista esquemática identificando osprincipais componentes do sistema de controle de motor à indução monofá-sico, conforme os ensinamentos da presente invenção;
figura 2 - representa uma vista esquemática de uma concretiza-ção preferencial do bloco acondicionador de tensão, conforme o objeto deinvenção ora proposto; e
figura 3 - representa um gráfico identificando as fases envolvi-das na operação do sistema de controle de motor à indução, conforme apresente invenção.
Descrição Detalhada das Figuras
Como mencionado anteriormente, o objeto de invenção ora pro-posto oferece um sistema eficiente e inovador, frente às soluções do estadoda técnica, especialmente voltado para o controle de um motor à induçãomonofásico dotado de uma configuração otimizada, e capaz de evitar a inter-ferência de eventuais ruídos, transitórios ou picos de tensão, normalmentepresentes em uma rede de alimentação, uma vez que o bloco acondiciona-dor de tensão 5, detalhado a seguir, não está conectado diretamente à redede alimentação.
Mais particularmente, e tal como ilustrado na figura 1, o presen-te sistema de controle de motor à indução monofásico compreende pelo me-nos um circuito eletrônico de controle 6, pelo menos uma chave principal 3,pelo menos uma chave auxiliar 4 e pelo menos um bloco acondicionador detensão 5.
As referidas chaves podem ser formadas por dispositivos eletrô-nicos do tipo tiristores (TRIACs), porém outros elementos que exerçam afunção de chave eletrônica podem ser empregados conforme os ensinamen-tos da presente invenção.
Preferencialmente, o dito circuito eletrônico de controle 6 podeser constituído por um microprocessador, ou microcontrolador, todavia ou-tras configurações de circuito podem ser implementadas para o acionamentodas chaves principal e auxiliar 4.
A figura 1 mostra ainda que a chave principal 3 está associadaeletricamente a um enrolamento principal 21 do motor à indução monofásico 2.
Adicionalmente, nota-se que a chave auxiliar 4 está associadaeletricamente a um enrolamento auxiliar 22 do motor à indução monofásico2. A figura 1 mostra também que o circuito eletrônico de controle 6 está as-sociado eletricamente ao bloco acondicionador de tensão 5 através de pri-meiro 9 e segundo 10 terminais de alimentação.
Cabe salientar que, o dito bloco acondicionador de tensão 5 temcomo finalidade acumular energia, e adequar a polaridade e o valor de ten-são fornecido aos primeiro 9 e segundo 10 terminais de alimentação.
O referido circuito eletrônico 6 está associado, como pode serobservado na figura 1, às chaves principal 3 e auxiliar 4 através de primeiro13 e segundo terminais de comando 14.
É possível observar pela figura 1 que, o presente sistema decontrole e o motor monofásico 2 são associáveis eletricamente a uma fontede tensão alternada 1.
Uma característica inovadora da presente invenção refere-se aofato de que o bloco acondicionador de tensão 5 está associado paralelamen-te à chave auxiliar 4 através de primeiro 7 e segundo 8 terminais de ligação,sendo o dito bloco 5 capaz de prover alimentação elétrica ao circuito eletrô-nico de controle 6 através dos primeiro 9 e segundo 10 terminais de alimen-tação.
Tal configuração permite que o atual sistema esteja isento deeventuais ruídos, ou transitórios, existentes na rede de alimentação do rotor,uma vez que o bloco acondicionador de tensão 5 não está conectado dire-tamente à linha, ou fonte de tensão alternada 1, e sim preferencialmente emparalelo à chave auxiliar 4, tal como ilustrado na figura 1.
De maneira alternativa, o bloco acondicionador de tensão 5 estáassociado paralelamente à chave principal 3.
Uma vantagem adicional da presente invenção refere-se ao fatode que, na atual configuração, o próprio enrolamento auxiliar 22 do motor àindução monofásico 2 é capaz de prover uma filtragem de ruídos e transien-tes existentes na fonte de tensão alternada 1.
Em outras palavras, com base nos ensinamentos da presenteinvenção, o comportamento indutivo do enrolamento auxiliar 22, ou do enro-lamento principal 21, do motor à indução monofásico 2 é capaz de proveruma filtragem de ruídos e transientes existentes na fonte de tensão alterna-da 1.
Esta configuração oferece redução de custos ao sistema decontrole, quando comparada às soluções normalmente encontradas nas téc-nicas anteriores, especialmente aquelas dotadas de elementos específicospara a filtragem de ruídos, tais como supressores de surtos, ou filtros detransientes.
De maneira operacional, o circuito eletrônico de controle 6 co-manda a abertura e fechamento das chaves principal 3 e auxiliar 4 a partirdos primeiro 13 e segundo terminais de comando 14.
Em uma concretização voltada para o uso de tiristores, por e-xemplo, o circuito eletrônico de controle 6 é a peça responsável por coman-dar cada chave eletrônica a partir do seu terminal de disparo (gate).
Preferencialmente, o bloco acondicionador de tensão 5 é confi-gurado com os componentes tal como descrito na figura 2.
A mesma figura mostra de maneira esquemática, o diagrama docircuito elétrico preferencial adotado para o bloco acondicionador de tensão 5.
Tal bloco 5 é constituído por um terminal de referência, formadopela interligação do segundo terminal 8 de ligação e segundo terminal dealimentação 10.
A figura 2 descreve ainda que o primeiro terminal de ligação 7está conectado a um primeiro terminal de uma primeira impedância 51.
Preferencialmente, a dita primeira impedância 51 é formada porum elemento resistivo, tal como um resistor, um indutor ou a combinaçãodos mesmos.
A primeira impedância 51 tem como finalidade limitar a correntede entrada fornecida ao bloco acondicionador de tensão 5.
O segundo terminal da primeira impedância 51 está associadoeletricamente ao primeiro terminal de um primeiro capacitor 52. A figura 2mostra também que o segundo terminal do primeiro capacitor 52 está asso-ciado concomitantemente e eletricamente ao primeiro terminal de uma se-gunda impedância 53 e ao terminal catodo de um primeiro diodo 54.
O anodo do primeiro diodo 54 está associado concomitantemen-te e eletricamente ao primeiro terminal de um segundo capacitor 55 e primei-ro terminal de alimentação 9.
A partir da figura 2, nota-se que a segunda impedância 53 estáassociada eletricamente, através do seu segundo terminal, ao terminal dereferência acima mencionado. Cabe informar que, o segundo capacitor 55está associado também ao terminal de referência a partir do seu segundoterminal.
A segunda impedância 53 pode ser constituída, de maneira al-ternativa, por um diodo tipo zener, ou ainda outro dispositivo capaz de limitara tensão estabelecida entre o terminal de referência e o anodo do primeirodiodo 54. A dita tensão será fornecida nos primeiro 9 e segundo 10 terminaisde alimentação.
O segundo capacitor 55 é responsável por acumular energiaelétrica, sendo o seu valor dimensionado de maneira a fornecer tensão den-tro de limites adequados ao circuito eletrônico de controle 6, por um períodode tempo máximo predefinido, enquanto não houver tensão aplicada entreos primeiro 7 e segundo 8 terminais de ligação.
Neste sentido o bloco acondicionador de tensão 5 é capaz deprover uma tensão elétrica mínima Vmin para a operação do circuito eletrôni-co de controle 6.
A figura 3 mostra um gráfico identificando as fases envolvidasna operação do sistema de controle de motor à indução, conforme os ensi-namentos da presente invenção.
A presente invenção provê ainda um método de controle de mo-tor à indução monofásico conforme o sistema acima definido.
Tal método deve garantir que, após estabelecida uma tensão derede V1, transcorra um tempo suficiente até que uma tensão V6 se estabe-leça entre os primeiro 9 e segundo 10 terminais de alimentação do bloco deacondicionamento de tensão 5.
Em outras palavras, tem-se que para o método de controle oraproposto compreender um motor à indução monofásico 2, sendo o mesmodotado de um enrolamento principal 21 e um enrolamento auxiliar 22, os en-rolamentos principal 21 e auxiliar 22 sendo associáveis respectivamente àschaves principal 3 e auxiliar 4, o presente método compreendendo as seguintes etapas:
- conectar eletricamente os enrolamentos principal 21 e auxiliar22 do motor monofásico 2 a uma primeira extremidade das chaves principal3 e auxiliar 4 respectivamente;- conectar um bloco acondicionador de tensão 5 em paralelo àchave auxiliar 4 através de primeiro 7 e segundo 8 terminais de ligação;
- conectar o bloco acondicionador de tensão 5 a um circuito ele-trônico de controle 6 através de primeiro 9 e segundo 10 terminais de ali-mentação;
- conectar o circuito eletrônico de controle 6 às chaves principal3 e auxiliar 4 através de primeiro 13 e segundo 14 terminais de comando docircuito eletrônico de controle 6 e primeiro 31 e segundo 41 terminais de a-cionamento das chaves;
- conectar eletricamente o motor à indução monofásico 2, umprimeiro terminal de ligação 8 do bloco acondicionador de tensão 5 e umasegunda extremidade das chaves principal 3 e auxiliar 4 a uma fonte de ten-são alternada 1;
- se os enrolamentos principal 21 e auxiliar 22 estiverem desli-gados, prover alimentação elétrica para o bloco acondicionador de tensão 5,através dos primeiro 7 e segundo 8 terminais de ligação;
- se os enrolamentos principal 21 e auxiliar 22 forem ligados pelo circuito eletrônico de controle 6, através dos primeiro 31 e segundo 41terminais de acionamento das chaves principal 3 e auxiliar 4, prover alimen-tação elétrica maior do que uma tensão elétrica mínima Vmin ao circuito ele-trônico de controle 6, por um tempo de partida tp, através de uma energiaacumulada no bloco acondicionador de tensão 5;
- se o enrolamento principal 21 estiver ligado e o enrolamentoauxiliar 22 for desligado, prover alimentação para o bloco acondicionador detensão 5 através dos primeiro 7 e segundo 8 terminais de ligação.
Com base no método acima descrito, é possível garantir que obloco acondicionador de tensão 5 forneça sempre uma tensão superior aovalor da tensão elétrica mínima Vmin, suficiente para operar adequadamenteo circuito eletrônico de controle 6.
O período de operação do motor à indução monofásico 2 é re-presentado na figura 3 pelo nível alto do sinal de comando S31, sendo o pe-ríodo de partida do motor 2 indicado na mesma figura pelo período em que osinal de comando S41 permanece em nível alto.
Finalmente, cabe ressaltar que, tal como já mencionado, a pre-sente invenção oferece um sistema de controle de baixo custo, maior confia-bilidade e maior durabilidade, frente às soluções hoje disponíveis, uma vezque não é necessário o uso de dispositivos e/ou componentes adicionais defiltragem e proteção, tais como varistores, centelhadores, indutores, entreoutros, a partir da conexão paralela do bloco acondicionador de tensão 5 àchave auxiliar 4 do motor à indução 2.
Desta forma, é possível aproveitar o comportamento induzido doenrolamento de partida, a fim de utilizá-lo naturalmente como um filtro deruídos e eventuais transitórios existentes na rede.
Tendo sido descrito exemplos de concretizações preferidos, de-ve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possí-veis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações a-penas, aí incluídos os possíveis equivalentes.