BRPI0903376A2 - controlador eletrânico multifuncional para refrigeradores e mÉtodo de realizaÇço do mesmo - Google Patents

Abstract

CONTROLADOR ELETRâNICO MULTIFUNCIONAL PARA REFRIGERADORES E MÉTODO DE REALIZAÇçO DO MESMO. Compreendendo um módulo eletrônico (15), contido em uma caixa plástica, acoplada ou não aos terminais do compressor hermético (4), composto por uma primeira PCI de controle e uma segunda PCI para IHM (20) O módulo eletrônico (15) possui um programa que controla todo o refrigerador (1), compreendendo pelo menos os seguintes algoritmos: controle de partida e parada do compressor hermético (4), controle da temperatura dos compartimentos do freezer (2) e do refrigerador (3), de forma independente; controle de degelo (5); controle dos ventiladores do compartimento do freezer (11) e do refrigerador (12); método de redução do consumo de energia elétrica do refrigerador (1); medição de grandezas elétricas, tais como: tensão, corrente e freqUência; proteções elétricas, tais como: sub e sobre tensão, sub e sobre freqUência e sobre corrente; proteção mecânica, tal como: rotor travado; proteção térmica, tais como: sub e sobre temperatura dos compartimentos do freezer (2) e do refrigerador (3) e sobre carga térmica do compressor, monitoramento do estado da(s) porta(s) do refrigerador (1) e protocolo de comunicação entre (15) e (20).

Description

"CONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES E MÉTODO DE REALIZAÇÃO DO MESMO".

Relatório descritivo

A presente invenção refere-se a iamdispositivo eletrônico multifuncional que, associado a umcompressor hermético, presta-se ao controle datemperatura, proteção elétrica e redução do consumo deenergia elétrica de refrigeradores de uso doméstico, taldispositivo contando com lógica de funcionamento flexível(configurável) de acordo com as necessidades daaplicação.

0 objeto da presente invenção não selimita a controlar a temperatura do refrigerador, mas simcomandar, controlar e proteger os dispositivos elétricospresentes no referido equipamento.

Como é bem conhecido na técnica atualdos equipamentos de refrigeração, em particular aqueles,utilizados em aplicações domésticas, tais comorefrigeradores, estes possuem tipicamente dispositivosque podem compreender: um compartimento refrigerador; umcompartimento congelador ou freezer; um compressorhermético; um evaporador; um condensador; um ventiladorpara circulação de ar entre os compartimentos do freezere do refrigerador; um sensor para indicar o estado daporta; uma resistência elétrica para degelo e umdispositivo de controle, tipicamente denominado portermostato, para manter a temperatura interna dorefrigerador e do freezer na faixa desejada pelo usuário.Estes dispositivos são responsáveis pelo funcionamento doequipamento de refrigeração, doravante denominado apenaspor refrigerador.

Normalmente, nestes refrigeradores, asua temperatura interna é controlada por um termostato,do tipo elet romecânico com bulbo capilar, ou do tipoeletrônico, que controla a temperatura dentro de umafaixa de histerese, ligando e desligando o compressor e oventilador, toda vez que a temperatura do ditorefrigerador estiver fora do ponto ajustado pelo usuário.

A formação de gelo no compartimentodo freezer, onde está instalado o evaporador, é usual,porém, como é sabido, o acúmulo de gelo sobre as placasdo evaporador funciona como um isolante térmico,reduzindo a eficiência do sistema de refrigeração. Paraevitar este inconveniente, é importante que ocorramoperações de degelo regularmente. Entretanto, operaçõesde degelo regularmente espaçadas no tempo não representama melhor estratégia do ponto de vista energético, uma vezque a formação de gelo no interior do freezer depende devários fatores, entre eles, a freqüência de abertura daporta e do tempo que ela fica aberta, da temperatura eumidade ambiente, e outros. Portanto a existência de umalógica de degelo que leve em consideração outros fatores,além do tempo entre dois degelos, pode otimizar estaoperação, executando-a apenas quando necessário. Aotimização desta função não é importante apenas comrelação ao consumo de energia elétrica, mas tambéminterfere positivamente na qualidade da conservação dosprodutos sob refrigeração, pois sempre que ocorre odegelo existe um conseqüente aumento da temperatura nointerior do refrigerador.

0 estado da arte da técnica pararefrigeradores explora o conceito de economia de energiaelétrica utilizando basicamente compressores,ventiladores e isolação térmica mais eficientes, rarassão as abordagens com relação ao sistema eletrônico decontrole do refrigerador para otimizar o desempenhoenergético do mesmo.

Ainda na técnica atual, para evitar aqueima do principal componente do refrigerador, que é ocompressor, utilizam-se protetores eletromecânicos desobrecarga, do tipo bimetal, que o protegem apenas contrasobre-aquecimento e sobre-corrente, não o protegendocontra variações de tensão e freqüência da rede elétrica.Já os demais dispositivos elétricos e eletrônicos dogabinete normalmente permanecem sem nenhum tipo deproteção, o que implica em um maior número de falhas dorefrigerador no campo. Para evitar que o refrigeradorseja danificado em função de distúrbios provenientes darede elétrica, ou de um mau funcionamento interno,recursos mais sofisticados de proteção são necessários,os quais não são tradicionalmente contemplados pelatécnica atual.

Controles eletrônicos aplicados asistemas de refrigeração passaram a considerar diversosníveis de "inteligência", de forma a executar lógicas decontrole mais elaboradas, conforme descrito nos pedidosde patente PI 0402013-8 de 04 de Maio de 2004, PI0403128-8 de 02 de Agosto de 2004, PI 0402012-0 de 04 deMaio de 2004, PI 0103786-2 de 29 de Agosto de 2001, PI9405461-4 de 27 de Dezembro de 1994, os quais basicamenteconsideram o controle da temperatura do refrigerador; jáos pedidos US 5, 808, 441 de 15 de Setembro de 1998, US6,427,772 Bl de 06 de Agosto de 2002 e US 6,745,581 B2 de08 de Junho de 2004 controlam uma multiplicidade dedispositivos e sensores de forma pré-determinada; ospedidos US 5, 806,321 de 15 de Setembro de 1998 e US2006/0218946 Al de 05 de Outubro de 2006 exploramdiferentes abordagens para a lógica de degelo; os pedidosPI 070082-0 de 04 de Janeiro de 2007, PI 9300415-0 de 17de Fevereiro de 1993 e US 5, 918, 474 de 06 de Julho de1999 abordam a operação dos ventiladores do evaporador edo condensador, com o objetivo de economia de energiaelétrica. Já os pedidos US 6,501,629 Bl de 31 de Dezembrode 2002, US 5, 995, 347 de 30 de Novembro de 1999, US5,488,834 de 06 de Fevereiro de 1996 e US 5,209,076 de 11de Maio de 1993 preocupam-se com a prevenção de falhas docompressor. Os pedidos US 5,996,361 de 07 de Dezembro de1999 e MU 7502051-3 de 22 de Setembro de 1995 tratam determostatos com recurso de economia de energia elétricaaplicados a refrigeradores. Finalmente, apenas pararelatar alguns dos casos abordados pela literatura dapropriedade industrial, os pedidos US 2007/0012054 Al de18 de Janeiro de 2007, o US 7,228, 693 B2 de 12 de Junhode 2007 e PI 0103786-2 de 29 de Agosto de 2001 tratam osistema de refrigeração do ponto de vista dos sistemas decapacidade variável, também com o objetivo de economia deenergia elétrica.

Mesmo considerando a grande variedadede abordagens nas implementações dos controleseletrônicos aplicados em equipamentos de refrigeração, astécnicas atuais possuem algumas desvantagens que apresente invenção se propõe a resolver, entre elas: assoluções atuais são orientadas a uma determinada função,não permitindo a integração, ou a "multi-funcionalidade",para atender às diferentes necessidades de controleexistentes em um refrigerador, tais como: o controle datemperatura, o acionamento de todas as cargas elétricasdo dito refrigerador, a estratégia de redução do consumode energia elétrica e o sistema de proteção elétrica,térmica e mecânica (rotor travado, por exemplo).Geralmente as soluções que integram todas ascaracterísticas acima são encontradas em equipamentos derefrigeração de maior porte, deixando os refrigeradoresde uso doméstico não atendidos.

Constitui um objetivo da presenteinvenção proporcionar um controle eletrônico pararefrigeradores, principalmente para aplicações

domésticas, mas não limitado a estas, e que de algumaforma supera as desvantagens encontradas na técnicaatual. O controlador eletrônico objeto desta invenção éconstruído a partir de um dispositivo microcontrolador,que possui um software embarcado em sua memória interna(firmware), o qual pode ser facilmente configurado emfunção das necessidades de cada aplicação, que porconseqüência propõe um conceito de "plataforma" para oreferido controlador, possibilitando minimizar a funçãocusto e maximizar a adaptação do controlador paradiferentes aplicações.

Um outro objetivo da presenteinvenção é proporcionar um sistema de controle integradopara refrigeradores envolvendo o controle das cargaselétricas, tais como: o compressor hermético, resistênciade degelo, ventilador do compartimento do freezer e oventilador do compartimento do refrigerador.

Um outro objetivo da presenteinvenção é proporcionar um novo método de controle datemperatura do refrigerador acoplado a um algoritmo deredução do consumo de energia elétrica.

Um outro objetivo da presenteinvenção é proporcionar um novo método de controle para afunção degelo, com o objetivo de minimizar o consumo deenergia elétrica.Um outro objetivo da presenteinvenção é proporcionar a capacidade de comunicaçãodigital entre o referido controlador com uma interfacehomem-máquina (IHM), para permitir a interação do usuáriocom o controlador.

E finalmente, um outro objetivo dapresente invenção é proporcionar um conjunto de proteçõeselét ricas, térmicas e mecânica (detecção do rotor docompressor travado), as quais, operando em conjunto,aumentam a vida do refrigerador e evitam que o compressorfalhe sob condições extremas de operação.

Em resumo, e num primeiro aspecto, apresente invenção consiste em um controlador eletrônicopara refrigeradores que compreende, pelo menos:

- Uma placa de circuito impresso (PCI).

Em um aspecto adicional, a presenteinvenção consiste em uma PCI que contenha pelo menos:

Um circuito de proteção e filtro, que fazinterface com a rede elétrica;

- Uma fonte de alimentação de corrente contínua;

- Um dispositivo eletrônico do tipo processadordigital, que pode ser implementado por ummicrocontrolador, o qual permite executar um programa decontrole (firmware);

- Um circuito de medição de corrente alternada, quepode ser implementado por um sensor de efeito Hall, masnão limitado a este;- Um circuito de medição de tensão alternada, paramedir a tensão da rede elétrica;

Circuitos analógicos de condicionamento dasmedidas de corrente e tensão alternada, quecompatibilizam as correntes e tensões do sistema paravalores adequados ao processador digital e permitemmonitorar a magnitude e o ângulo de fase da correnteelétrica, bem como permitem monitorar a magnitude e oinstante de cruzamento pelo zero da tensão da redeelétrica;

- Circuitos analógicos para monitoramento de portado refrigerador;

- Circuitos analógicos para interface com sensoresde temperatura do refrigerador;

- Circuitos contendo chaves de potência paraacionamento das cargas elétricas do refrigerador, quepodem ser implementadas por chaves de estado sólido, oupor chaves eletromecânicas do tipo relê, ou por umacombinação de ambas;

- Um circuito eletrônico para comunicação, quepermite a comunicação do tipo ponto-a-ponto entre ocontrolador e uma IHM;

- Um sistema de interface, implementado por umamultiplicidade de conectores elétricos, que permiteconectar o controlador objeto da presente invenção aorefrigerador;

- Uma caixa plástica acoplada, ou não, ao compressorhermético, que abriga a PCI acima referenciada, ocapacitor de marcha para o motor elétrico do compressorhermético, o protetor térmico para o compressorhermético, o relê de partida, seja ele do tipo PTC ou decorrente, bem como permite a entrada e a saida dos caboselétricos de potência e sinal, responsáveis pelainterface entre o controlador e o refrigerador.

Em um aspecto adicional, a presenteinvenção consiste em uma IHM para refrigeradores quecompreende, pelo menos:

- Uma segunda PCI.

Em um aspecto adicional, a presenteinvenção consiste em uma segunda PCI que contenha, pelomenos:

- Um dispositivo eletrônico do tipo processadordigital, que pode ser implementado por ummicrocontrolador, o qual permite executar um segundoprograma de controle;

- Um circuito eletrônico para comunicação, o qualpermite a comunicação do tipo ponto-a-ponto entre a IHM eo controlador.

Um sistema de interface com o usuário,implementado por uma multiplicidade de chaves do tipo"tact", mas não limitado a esta, as quais permitemselecionar diferentes opções de funcionamento;

Um sistema de interface com o usuário,implementado por uma multiplicidade de displays e/oudiodos emissores de luz (LED), os quais permitem informarao usuário das diferentes opções de funcionamento;

Em um aspecto adicional, a presenteinvenção consiste em um programa de controle que éexecutado pelo processador digital acima referenciado,que controla o funcionamento da presente invenção. Esteprograma de controle compreende, pelo menos:

(a) algoritmo de controle de partida e parada docompressor;

(b) algoritmo de controle da temperatura dofreezer;

(c) algoritmo de controle da temperatura dorefrigerador;

(d) algoritmo de controle de degelo doevaporador;

(e) algoritmo de controle do ventilador dofreezer;

(f) algoritmo de controle do ventilador dorefrigerador;

(g) algoritmo de redução do consumo de energiaelétrica;

(h) algoritmo de medição de grandezas elétricas,tais como: tensão, corrente e freqüência;

(i) algoritmos de proteções elétricas, taiscomo: sub e sobre tensão, sub e sobre freqüência e sobrecorrente;

(j) algoritmo de proteção mecânica, tal como:rotor travado do motor do compressor;

(k) algoritmo de proteção térmica, tais como:sub e sobre temperatura do freezer, sub e sobretemperatura do refrigerador e sobre carga térmica docompressor;

(l) monitoramento do estado da(s) porta(s);

(m) limitadores e tabela de parâmetrosconfiguráveis;

(n) protocolo de comunicação;

Finalmente, em um aspecto adicional,a presente invenção propõe um controlador pararefrigeradores baseado em um conceito de plataforma dehardware e software, ou seja, circuitos eletrônicos eprograma especialmente desenvolvidos, de forma a permitirdiferentes configurações dependendo da aplicação final.Esta flexibilidade implica em várias vantagenscompetitivas para o referido controlador.

Para aqueles versados na técnica aqual esta invenção refere-se, muitas mudanças naelaboração e construção dos circuitos, nas funções doprograma e aplicações da invenção amplamente diferentesserão sugeridas, sem se afastar do escopo da invençãocomo definido nas reivindicações anexas. As divulgações eas descrições aqui são puramente ilustrativas e não sãoplanejadas para serem limitadoras em qualquer sentido.

A seguir, a presente invenção seráresumidamente descrita com base em um exemplo de execuçãorepresentado nos desenhos, os quais mostram:

A Fig. 1 representa, de forma simplificada, umrefrigerador hipotético, mostrando osdiversos componentes que interagem com ocontrolador eletrônico, de acordo com osensinamentos da presente invenção;

A Fig. 2 mostra, de forma simplificada, asinterfaces do controlador com os diversoscomponentes que compõem o sistema;

A Fig. 3 mostra, de acordo com um exemplo deexecução, o comportamento da temperaturainterna do freezer, quando o algoritmo deredução do consumo de energia elétricaestá ativo; e

A Fig. 4 mostra, de acordo com um exemplo deexecução, o comportamento da variável dosoftware que controla a função degelo.

A presente invenção será, a seguir,mais detalhadamente descrita com base em um exemplo deexecução representado nos desenhos. Este exemploconsidera um controlador eletrônico acoplado a umrefrigerador hipotético de uso residencial, porém, talcomo descrito nos ensinamentos anteriores, este exemplode aplicação não deve ser tomado como limitador deespécie alguma para esta invenção.

A Fig. 1 define, de formasimplificada, o refrigerador hipotético 1, que contemdois compartimentos refrigerados: o freezer 2 e orefrigerador 3 com temperatura superior à do freezer. 0sistema de refrigeração deste refrigerador hipotético écomposto por um compressor hermético 4, um evaporador 5 -placa fria - montado no interior do compartimento dofreezer, um condensador e um tubo capilar 6, montados naparte externa traseira do refrigerador, umamultiplicidade de sensores de temperatura 7, 8 e 9, umaresistência elétrica 10, montada nas proximidades doevaporador 5, para realizar o degelo deste último, umventilador 11, responsável pela circulação do ar nocompartimento do freezer, um ventilador 12, responsávelpela circulação do ar entre os compartimentos do freezer2 e refrigerador 3, chaves 13 e 14 para detectar o estadoaberto/fechado das portas do freezer e do refrigerador.Por último, o controle eletrônico 15 que comanda todas asfunções do referido refrigerador hipotético.

Como é bem conhecido da técnica, osistema de refrigeração de um refrigerador é composto portubos, preenchidos com um fluido refrigerante (gás comcaracterísticas termodinâmicas especiais), o qualfunciona como "veículo" de troca de calor entre oevaporador 5 e o condensador 6. 0 compressor 4, compostobasicamente por um motor elétrico que aciona uma bomba apistão, comprime e impulsiona o fluído refrigeranteatravés do condensador 6. O aumento da pressão provoca acondensação do fluido e a elevação da temperatura, e ocondensador 6 tem a capacidade de dissipar para oambiente este calor gerado. Em seguida o fluido éimpulsionado através de um tubo capilar, cujo diâmetrointerno é bastante reduzido. Após atravessar este tubofino, o fluido se expande (evapora) na tubulação doevaporador 5. Devido à característica termodinâmica dofluido, na expansão ele absorve calor do ambiente,reduzindo a temperatura e esfriando a placa doevaporador. Ao sair do evaporador 5, o fluido entranovamente no compressor 4, reiniciando o ciclo.

Em um aspecto adicional, tal comodescrito nos ensinamentos anteriores, a presente invençãoconsiste em um dispositivo eletrônico 15 para controle derefrigeradores, representado de forma simplificada pelaFig. 2, que compreende uma pluralidade de circuitos,entre eles: uma fonte de alimentação em corrente contínua23, contendo pelo menos um filtro de linha para supressãode interferência eletromagnética, que faz interface com arede elétrica 22; um protetor de sobre tensão; umprotetor de sobre corrente; um retificador; um reguladorde tensão e um filtro. Um circuito de controle 24constituído por um processador digital que de acordo comos ensinamentos anteriores, pode ser implementado por ummicrocontrolador, o qual executa o firmware. 0 circuitode controle 24 possui ainda uma pluralidade de circuitosanalógicos para medição de corrente alternada,implementado por um sensor de efeito Hall, mas nãolimitado a este; um circuito de medição de tensãoalternada, para medir a tensão da rede elétrica;circuitos analógicos de condicionamento das medidas decorrente e tensão alternada, que compatibilizam ascorrentes e tensões do sistema para valores adequados aoprocessador digital e permitem monitorar a magnitude e oângulo de fase da corrente elétrica, bem como permitemmonitorar a magnitude e o instante de cruzamento pelozero da tensão da rede elétrica; circuitos paramonitoramento das chaves de porta 13 e 14 dorefrigerador; circuitos para interface com os sensores detemperatura 7, 8 e 9. Um circuito contendo chaves depotência 25, para acionamento das cargas elétricas dorefrigerador que, de acordo com os ensinamentosanteriores, podem ser implementadas por chaves de estadosólido, ou por chaves eletromecânicas do tipo relê, ouainda por uma combinação de ambas, estas chaves sãoresponsáveis por acionar (ligar/desligar) o compressor 4;os ventiladores 11 e 12 e a resistência de degelo 10.Ainda de acordo com a Fig. 2, o circuito de controle 24possui um circuito para comunicação, que permite acomunicação do tipo ponto-a-ponto entre o controlador 15e uma IHM 20. Estes circuitos operando em conjuntopermitem controlar o refrigerador.

Em um aspecto adicional, o circuitode controle 24 cujo processador digital executa ofirmware, o qual, de acordo com este exemplo deaplicação, possui pelo menos um algoritmo de controle datemperatura do freezer que utiliza informações do sensor7, um algoritmo de controle da temperatura dorefrigerador, que utiliza informações do sensor 9, queopera independente do algoritmo de controle datemperatura do freezer, estes dois algoritmos comandam aspartidas e paradas do compressor hermético 4, doventilador do freezer 11 e do ventilador do refrigerador12, pois, como é bem conhecido da técnica, a operaçãootimizada destes dispositivos influi na eficiência dosistema de refrigeração e, conseqüentemente, no consumode energia elétrica. 0 processador digital do circuito decontrole 24 ainda é responsável pela execução doalgoritmo de medição de grandezas elétricas, tais como:tensão e freqüência da rede elétrica (22) e corrente docompressor 4; estas medidas são utilizadas por um outroalgoritmo que é responsável pelas proteções elétricas,tais como: sub e sobre tensão, sub e sobre freqüência esobre corrente do compressor 4, bem como pela detecção derotor travado do motor do compressor e sobre cargatérmica do compressor, também conhecido como algoritmoi^t, este algoritmo emula a operação do protetor térmicobi-metálico 21 e é calibrado para operar antes da atuaçãodeste. 0 processador digital do circuito de controle 24 éainda responsável pela execução do algoritmo de proteçãotérmica, que protege o refrigerador contra: sub e sobretemperatura do freezer, sub e sobre temperatura dorefrigerador. Todas estas proteções operando em conjuntoprotegem o refrigerador contra condições adversas. 0processador digital do circuito de controle 24 é aindaresponsável pela execução do protocolo de comunicação quepermite a comunicação digital entre o controlador 15 e aIHM 20, que, de acordo com este exemplo de aplicação,possui uma multiplicidade de chaves para que o usuáriopossa selecionar os níveis de temperatura desejados parao compartimento do freezer e para o compartimento dorefrigerador, bem como habilitar/desabilitar o algoritmode redução do consumo de energia elétrica.

Em um aspecto adicional da presenteinvenção o programa de controle contempla outrasfuncionalidades, tais como: algoritmo de redução doconsumo de energia elétrica e algoritmo de controle dedegelo do evaporador, que serão descritos pelosensinamentos das Figs. 3 e 4.

A Fig. 3 exemplifica o funcionamentodo algoritmo redução do consumo de energia elétrica, cujoobjetivo é verificar períodos de "inatividade" dorefrigerador hipotético 1, evidenciado principalmente porausências prolongadas de abertura das portas e, destaforma, aumentar o ajuste de temperatura do compartimentodo freezer 2 e/ou do compartimento do refrigerador 3, deforma independente, de tal maneira que, para umadeterminada condição da carga térmica, aumentar o ajustede temperatura significa aumentar o tempo entre doisacionamentos consecutivos do compressor 4 e, com isso,reduzir o consumo de energia elétrica. De acordo com oexemplo de aplicação aqui considerado, esta estratégiapode ser representada pelos gráficos 30, que mostra umavariação hipotética da temperatura do compartimento dofreezer, e 40, que mostra um comportamento hipotético doestado da porta (aberta ou fechada) do freezer.

Quando o refrigerador 1 é ligado, érealizada a leitura dos controles da IHM 20 ajustadospelo usuário, a saber: temperatura do compartimento dofreezer 2, do compartimento do refrigerador 3 e aativação do modo de economia de energia elétrica, cujosvalores iniciais são pré-ajustados para: média, média edesligado, respectivamente, bem como é realizada aleitura dos valores das temperaturas reais do freezerpelo sensor 7 e do refrigerador pelo sensor 9. Nesseinstante, também é iniciado um contador de software quemedirá a duração de tempo "tdl" 32, cuja função ébloquear a ativação do modo de economia de energiaelétrica em condições desfavoráveis. O valor inicialatribuído a este contador é função das temperaturasmedidas pelos sensores 7 e 9 e de um tempo mínimoestimado para o primeiro abaixamento da temperatura, que,para aqueles versados na técnica, é conhecido como pulldown. Ά variável "tdl" decai com o passar do tempo a umataxa previamente ajustada. Se ocorrer abertura dasportas, "tdl" aumenta durante este evento. Δ taxa deacréscimo de "tdl" é função da porta que estiver aberta(refrigerador, freezer ou ambas), identificadas pelossensores 13 e 14.

0 controle da temperatura do freezer2 é obtido pelo acionamento do compressor 4, através deabordagem do tipo "liga/desliga" com banda morta (ΔΤ). Écalculada uma variável auxiliar representativa dacondição atual da temperatura do compartimento do freezer2 em relação à temperatura ajustada pelo usuário na IHM20. Essa variável, aqui denominada por "N_F" , segue umaescala na qual o valor dez significa que a temperaturaatual do freezer 2 é igual à temperatura de referênciaajustada pelo usuário, mais a metade do valor da bandamorta (ΔΤ). Quando a temperatura do freezer 2 é igual àtemperatura desejada, menos a metade do valor da bandamorta (ΔΤ), o valor de "N_F" é igual a zero.

O controle da temperatura docompartimento do refrigerador 3 é feito por intermédio docomando do ventilador 12, que força a circulação de arfrio entre os compartimentos do freezer 2 e docompartimento do refrigerador 3. É calculada uma variávelauxiliar representativa da condição atual da temperaturado compartimento do refrigerador 3 em relação àtemperatura de referência ajustada pelo usuário na IHM20. Essa variável, aqui denominada por "N_G", segue umaescala na qual o valor dez significa que a temperatura docompartimento do refrigerador 3 é igual a temperaturaajustada pelo usuário, mais a metade do valor da bandamorta (ΔΤ) . Quando a temperatura do compartimento dorefrigerador 3 é igual à temperatura desejada, menos ametade do valor da banda morta (ΔΤ) , o valor de "N G" éigual a zero. O ventilador 12 utilizado no controle datemperatura do compartimento do refrigerador 3 é acionadoquando a diferença entre "N_F" e "N_G" está entre umafaixa pré-estabelecida, que é função dos valores detemperatura ajustados pelo usuário para o freezer 2 e orefrigerador 3. Esta abordagem cria um sincronismo entreas duas referidas temperaturas, fazendo com que o tempoque o compressor 4 permanece desligado seja otimizado,reduzindo assim o consumo de energia.

Uma maior e adicional economia deenergia elétrica pode ser obtida quando o usuáriohabilita, via IHM 20, a opção "modo de economia deenergia elétrica". Se essa opção for acionada e se elanão estiver bloqueada pela temporização de "tdl" 32, astemperaturas de referência do refrigerador 3 e do freezer2 são alteradas automaticamente. Neste exemplo deaplicação, a Fig. 3 representa apenas a variação datemperatura do freezer,. no gráfico 31, cujo ajusteinicial feito pelo usuário é indicado por "T2" 33. Após atemporização de "tdl" 32, que ocorre no instante "tl" 34,o usuário seleciona a qualquer instante a opção "modo deeconomia de energia", que ocorre no instante "t2" 35; apartir deste instante, as temperaturas aumentam segundotaxas pré-definidas até valores pré-determinados, porexemplo "T3" 36 e, após um tempo mínimo de permanêncianesta temperatura, vai para "T4" 37. O novo valor dea opção "modo de economia de energia elétrica" sejadesligada pelo usuário, ou em função da abertura dasportas do refrigerador e/ou freezer, de forma que o valorda variável "tdl" atinja o valor mínimo de bloqueio.Neste exemplo de aplicação, a Fig. 3 representa apenas umcomportamento hipotético da porta do compartimento dofreezer que, se for aberta muitas vezes e/ou por muitotempo, a variável "tdl" é incrementada proporcionalmentepara compensar a entrada de calor no refrigerador 1; esteevento é representado no gráfico 40 por 41. Ao finaldeste evento, instante 34, é atribuído o valor inicial àvariável "tdl"; a partir deste instante o comportamentoda porta passa a ser continuamente monitorado, tal comoem "td2" 42, que representa aberturas rápidas da porta, epor "td3" 43, que representa uma abertura prolongada. Acada abertura da porta, o valor de "tdl" decai com umataxa previamente ajustada e, se o valor desta variávelatingir o valor mínimo pré-ajustado, aqui representadopelo instante "t4" 39, a função "modo de economia deenergia elétrica" é desabilitada automaticamente. Nestecaso, a temperatura de referência retoma automaticamenteao valor ajustado pelo usuário, neste exemplo "T2" 33. Seo "modo de economia de energia elétrica" é desabilitado,apenas em função do bloqueio imposto pelo valor de "tdl",tão logo o seu valor atinja o nivel de desbloqueio osvalores de referência das temperaturas retomam as rampasde crescimento até atingirem os valores de máximaeconomia. O bloqueio e desbloqueio dessa função podemocorrer indefinidamente em função do uso do refrigerador,enquanto essa opção estiver acionada na IHM 20. No casode interrupção do fornecimento de energia elétrica, o"modo de economia de energia elétrica" é desativado e sóserá ativado novamente por uma intervenção do usuário,pois o refrigerador volta a operar na configuraçãooriginal na qual esta função está desabilitada, tal comoexplicado nos ensinamentos anteriores, bem como astemperaturas de referência dos compartimentos do freezer2 e do refrigerador 3 se reiniciam nos valores padrãopreviamente definidos.

Uma variação na implementação destealgoritmo permite executar uma lógica de abaixamentoperiódico da temperatura, caso o refrigerador 1 estejaoperando com uma referência de temperatura elevada, porexemplo "T4" 37, durante muito tempo.

A seguir, a função de degelo passaráa ser descrita com referência à Fig. 4. Esta função evitao acúmulo de gelo sobre as placas do evaporador 5 pois,como é bem conhecido da técnica, sabe-se que acúmulo degelo sobre as placas do evaporador funciona como umisolante térmico, o que reduz a eficiência do sistema derefrigeração e, conseqüentemente, aumenta o consumo deenergia elétrica; desta forma é importante que ocorramoperações de degelo toda vez que houver formação de gelo.

Na presente invenção a função degelo é automática e não depende de ajuste do usuário. Quando orefrigerador 1 é ligado, independentemente se devido auma ação do usuário, ou após uma interrupção nofornecimento de energia, uma variável de controle, aquidenominada por "Dg_b", é iniciada com o valor nulo."Dg_b" é incrementada a uma taxa constante e independe deabertura das portas 13 e/ou 14 ou do acionamento docompressor 4. Simultaneamente, outra variável, denominadapor "t_dg", que representa a duração de tempo até opróximo evento de degelo, é iniciada com o valor máximo.A Fig. 4 exemplifica o comportamento desta variável emfunção do tempo 50. "t_dg" decai com o passar do tempo,sendo que a taxa de decremento é calculada por uma funçãoque depende do estado (aberto ou fechado) das portas dofreezer 13 e do refrigerador 14. Adicionalmente, a cadaevento de abertura de porta, "t_dg" é subtraído de umvalor fixo relacionado com as portas do freezer e dorefrigerador, aqui exemplificado pelos instantes 51, 53,55 e 56. Quando o limite inferior atribuído à variável"t_dg" é atingido, o degelo pode ser iniciado, ligando-sea resistência 10. Contudo, para que esse evento ocorra,faz-se necessário que outras condições sejamsimultaneamente respeitadas: (a) o compressor não podeestar em funcionamento; (b) "Dg_b" tem que ser igual aoseu valor máximo previamente definido. Somente quandoestas três condições são obedecidas ("t_dg" é igual a"t_dg_min", "Dg_b igual a "Dg_b_Max" e o compressor nãoestiver acionado) o degelo é acionado. Um limitador detempo de degelo monitora o tempo máximo de resistêncialigada, mas esta função pode ser interrompida se o sensorde temperatura de degelo 8 indicar uma temperatura igualou superior a um limite pré-estabelecido. Durante aocorrência do degelo, o acionamento do compressor 4 ficabloqueado, sendo liberado apenas ao final do evento. Aposo final do degelo, independentemente se o mesmo ocorreudevido ao cumprimento do tempo ou por ter atingido atemperatura limite, as variáveis "t_dg" e Dg_b" retornamaos seus valores iniciais, bem como suas taxas devariações.

Ainda na Fig. 4 alguns eventos podemser evidenciados, tais como: no instante indicado por 51,ocorre a abertura da porta do refrigerador, e no instante52, ela é fechada, nota-se que a taxa de decaimento davariável "t_dg" aumentou durante este intervalo. Já noinstante 53, a porta do freezer é aberta, e no 54, ela éfechada. Nota-se que a taxa de decaimento da variável"t_dg" também aumentou durante este intervalo, inclusivecom um valor maior, quando da abertura da porta dorefrigerador; isso é feito para dar maior relevância aoevento de abertura da porta do freezer, pois a entrada deumidade do ambiente (a qual irá formar o gelo) é maissignificativa quando esta porta está aberta.

De acordo com os ensinamentosanteriores, os exemplos de aplicação sugerem uma possívelaplicação do controlador eletrônico multifuncional pararefrigeradores 15, e não devem ser tomados comolimitadores de espécie alguma para esta invenção.

Claims (17)

1. "CONTROLADOR ELETRÔNICOMULTIFUNCIONAL PARA REFRIGERADORES", caracterizado pelofato de compreender: um módulo eletrônico (15), acopladoou não aos terminais do compressor hermético (4), ecomposto por uma placa de circuito impresso (PCI), quecontem pelo menos um filtro de linha que faz interfacecom a rede elétrica e limita a interferênciaeletromagnética; uma fonte de alimentação, que fornececorrente continua para todo o módulo eletrônico; umdispositivo eletrônico do tipo processador digital, quepode ser implementado por um microcontrolador, o qualpermite executar um primeiro programa de controle; umcircuito de medição de corrente alternada, que pode serimplementado por um sensor de efeito Hallr mas nãolimitado a este; um circuito de medição de tensãoalternada; circuitos analógicos de condicionamento dasmedidas de corrente e tensão alternada, quecompatibilizam as correntes e tensões do sistema paravalores adequados ao processador digital, e permitemmonitorar a magnitude e o ângulo de fase da correnteelétrica, bem como permitem monitorar a magnitude e oinstante de cruzamento pelo zero da tensão da redeelétrica; circuitos para monitoramento das portas dorefrigerador; circuitos analógicos para interface comsensores de temperatura do refrigerador; circuitoscontendo chaves de potência para acionamento das cargaselétricas do refrigerador, que podem ser implementadaspor chaves de estado sólido, ou por chaveseletromecânicas do tipo relê, ou por uma combinação deambas; um circuito eletrônico para comunicação com umainterface homem-máquina (IHM) e um sistema de interfaceimplementado por uma multiplicidade de conectoreselétricos, que permite conectar o módulo de controle aoequipamento de refrigeração.

2.- "CONTROLADOR ELETRÔNICOMULTIFUNCIONAL PARA REFRIGERADORES", como reivindicado em-1, caracterizado pelo fato de compreender: uma caixa ouinvólucro plástico, acoplada ou não aos terminais docompressor hermético (4), que abriga a PCI; quandoaplicável abriga o protetor de sobre-carga (21); quandoaplicável abriga o capacitor de marcha (26); quandoaplicável abriga o relê de partida (27); bem como permitea entrada e a saida dos cabos elétricos de potência e desinal, responsáveis pela interface entre o módulo decontrole e o sistema de refrigeração.

3.- "CONTROLADOR ELETRÔNICOMULTIFUNCIONAL PARA REFRIGERADORES", como reivindicado em-1, caracterizado pelo fato de compreender: uma IHM (20),composta por uma PCI, que contem pelo menos umdispositivo eletrônico do tipo processador digital, quepode ser implementado por um microcontrolador, o qualpermite executar um segundo programa de controle; umcircuito eletrônico para comunicação, que permite acomunicação do tipo ponto-a-ponto entre a IHM (20) e ocontrolador (15); uma multiplicidade de chaves do tipo"tact", mas não limitado a esta, e uma multiplicidade dedisplays e/ou diodos emissores de luz (LED).

4. "MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMCONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES", caracterizado pelo fato de compreenderum primeiro método (ou algoritmos do programa) decontrole especialmente desenvolvido para controlar todo orefrigerador (1), inclusive a temperatura interna doscompartimentos do freezer (2) e do refrigerador (3), deforma independente, este programa sendo executado peloprocessador digital, e compreendendo, pelo menos, osseguintes algoritmos: controle de partida e parada docompressor hermético (4); controle da temperatura docompartimento freezer (2); controle da temperatura docompartimento do refrigerador (3); controle de degelo doevaporador (5); controle do ventilador do compartimentodo freezer (11); controle do ventilador do compartimentodo refrigerador (12); método de redução do consumo deenergia elétrica; medições de grandezas elétricas, taiscomo: tensão, corrente e freqüência; proteções elétricas,tais como: sub e sobre tensão, sub e sobre freqüência esobre corrente; proteção mecânica, tal como: rotortravado do motor do compressor hermético (4); proteçõestérmicas, tais como: sub e sobre temperatura docompartimento do freezer (2), sub e sobre temperatura docompartimento do refrigerador (3) e sobre carga térmicado compressor (algoritmo i2t); monitoramento do estadoda(s) porta(s) do refrigerador (1) e protocolo decomunicação.

5.- "MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMCONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES", como reivindicado em 4, caracterizadopelo fato de proporcionar um sistema de controleintegrado para refrigeradores, envolvendo o controle dascargas elétricas, tais como: o compressor hermético (4);resistência de degelo (10); ventilador do compartimentodo freezer (11) e o ventilador do compartimento dorefrigerador (12); bem como a capacidade de leitura desensores de temperatura e do estado das portas.

6.- "MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMCONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES", como reivindicado em 4, caracterizadopelo fato de proporcionar conjunto de proteçõeselétricas, térmicas e mecânica (detecção do rotor travadodo compressor), as quais, operando em conjunto, aumentama vida do refrigerador (1) e evitam que o compressor (4)falhe sob condições extremas de operação, ditas proteçõessendo implementadas através de algoritmos do programa decontrole que, em conjunto com os circuitos de medição decorrente alternada, de medição de tensão alternada e decondicionamento das medidas de corrente e tensãoalternada, protegem o sistema de refrigeração contracondições extremas de operação; e ainda através destesalgoritmos sendo possivel proteger o refrigerador contravariações elétricas, tais como: sub e sobre tensão, sobrecorrente, sub e sobre freqüência e sobre carga térmica docompressor (4), também conhecido como algoritmo i2t.

7. "MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMCONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES", como reivindicado em 4, caracterizadopor compreender um método (ou algoritmo do programa decontrole) especialmente desenvolvido para redução doconsumo de energia elétrica do refrigerador (1), e que,num primeiro momento, cria um sincronismo entre os ciclostérmicos dos compartimentos do freezer (2) e dorefrigerador (3), de forma a otimizar (reduzir) o tempono qual o compressor (4) e os ventiladores (11) e (12)estão ligados; e num segundo momento, verifica períodosde "inatividade" do refrigerador, evidenciadoprincipalmente por ausências prolongadas de abertura dasportas e desta forma aumentar o ajuste da temperatura docompartimento do freezer (2) e/ou do compartimento dorefrigerador (3), de forma independente, de tal maneiraque, para uma determinada condição da carga térmica dorefrigerador (1), aumentar o ajuste de temperaturasignifica aumentar o tempo entre dois acionamentos25 consecutivos do compressor (4) e ventiladores (11) e(12), e com isso reduzir o consumo de energia elétrica.

8. "MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMCONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES", como reivindicado em 7, caracterizadopelo fato de proporcionar um método para redução doconsumo de energia elétrica do refrigerador (1) que,quando habilitado pelo usuário, permite que astemperaturas de referência dos compartimentos do freezer(2) e do refrigerador (3) sejam alteradas (elevadas)automaticamente, desde que vencido um tempo mínimo depermanência nas temperaturas de referência selecionadaspelo usuário, tempo este monitorado pela variável "tdl"(32), mas não limitada a esta.

9.- "MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMCONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES", como reivindicado em 8, caracterizadopelo fato de proporcionar um método para redução doconsumo de energia elétrica cujo valor inicial atribuídoà variável "tdl", mas não limitada a esta, é função dastemperaturas reais dos compartimentos do freezer (2) e dorefrigerador (3), medidas pelos sensores (7) e (9) e deum tempo mínimo estimado para o primeiro abaixamento datemperatura (pull down).

10.- "MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMCONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES", como reivindicado em 9, caracterizadopelo fato de proporcionar um método para redução doconsumo de energia elétrica que monitora o comportamentodas portas do refrigerador (1), de forma a incrementar oudecrementar a variável "tdl", mas não limitada a esta,e de modo que, durante o tempo do primeiro abaixamento datemperatura, se ocorrer abertura das portas, "tdl"aumenta durante este evento, a taxa de acréscimo de "tdl"sendo função da porta que estiver aberta (refrigerador,freezer ou ambas), identificadas pelos sensores (13) e(14), e uma vez vencido o tempo do primeiro abaixamentoda temperatura, esta variável decai com o passar do tempoa uma taxa previamente ajustada.

11.- "MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMCONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES", como reivindicado em 10, caracterizadopelo fato de proporcionar um método para redução doconsumo de energia elétrica, que desabilitaautomaticamente o "modo de economia de energia elétrica",sempre que houver excessivas e/ou prolongadas aberturasdas portas do refrigerador (1), forçando o decremento davariável "tdl", mas não limitada a esta, ao seu valormínimo, e neste caso as temperaturas de referênciasretornam automaticamente aos valores previamenteajustados pelo usuário e a variável "tdl" é reajustadacom seu valor inicial.

12. - "MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMCONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES", como reivindicado em 11, caracterizadopelo fato de proporcionar um método para redução doconsumo de energia elétrica, que habilita automaticamenteo "modo de economia de energia elétrica", tão logo ocorralima nova temporização cuja duração coincide com o valorda variável "tdl", mas não limitada a esta, e após esteevento, os valores de referência das temperaturas doscompartimentos do freezer (2) e do refrigerador (3)retomam as rampas de crescimento até atingirem os valoresde máxima economia de energia elétrica, sendo que obloqueio e desbloqueio dessa função pode ocorrerindefinidamente em função do uso do refrigerador (1),enquanto essa opção estiver acionada na IHM (20); e nocaso de interrupção do fornecimento de energia elétrica,o "modo de economia de energia elétrica" sendo desativadoe só sendo ativado novamente por uma intervenção dousuário.

13.- "MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMCONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES", como reivindicado em 8, caracterizadopelo fato de proporcionar um método para redução doconsumo de energia elétrica do refrigerador (1) que,quando habilitado pelo usuário, permite executar umalógica de abaixamento periódico das temperaturas doscompartimentos do freezer (2) e do refrigerador (3), casoo refrigerador (1) esteja operando na máxima referênciade temperatura durante muito tempo.

14.- "MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMCONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES", como reivindicado em 4, caracterizadopelo fato de proporcionar um outro método para a funçãodegelo, com o objetivo de minimizar o consumo de energiaelétrica e preservar a qualidade do produto refrigerado.

15. "MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMCONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES", como reivindicado em 14, caracterizadopelo fato de proporcionar um outro método para a funçãodegelo, o qual possui uma variável denominada por "Dg b",mas não limitada a esta, que, no primeiro momento, éiniciada com o valor zero, e em um segundo momento "Dg b"é incrementada com uma taxa constante e independe dasaberturas das portas (13) e/ou (14) ou do acionamento docompressor (4); e ainda simultaneamente, outra variável,denominada por "t_dg", mas não limitada a esta, querepresenta a duração de tempo até o próximo evento dedegelo, sendo iniciada com o valor máximo previamenteescolhido, dita variável "t_dg" decaindo com o passar dotempo, sendo que a taxa de decremento é calculada por umafunção que depende do estado (aberto ou fechado) dasportas do freezer e do refrigerador, as quais sãomonitoradas pelo estado das chaves (13) e (14)respectivamente; e adicionalmente, a cada evento deabertura de uma das portas, "t_dg" sendo subtraído de umvalor fixo relacionado com as portas do freezer e dorefrigerador, as quais possuem pesos diferentes, sendoque a abertura da porta do freezer é mais significativa;e quando o limite inferior atribuído à variável "t dg"for atingido, o degelo podendo ser iniciado, ligando-se aresistência (10), desde que o compressor (4) estejadesligado.

16. - "MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMCONTROLADOR ELETRÔNICO MULTIFUNCIONAL PARAREFRIGERADORES", como reivindicado em 15, caracterizadopelo fato de proporcionar um outro método para a funçãodegelo, cuja variável "t_dg", mas não limitada a esta,que define o tempo entre dois eventos de degelo, possuiquatro taxas de decaimento pré—ajustadas em função doestado das portas do refrigerador (1), monitoradas peloestado das chaves (13) e (14), a saber (da menor para amaior): (a) (13) e (14) fechadas; (b) (13) fechada e (14)aberta; (c) (13) aberta e (14) fechada e; (d) (13) e (14)abertas; e após o evento do degelo, a taxa de variação davariável "t_dg" voltando ao seu valor inicial, definidopela condição (a).

17. - "CONTROLADOR ELETRÔNICOMULTIFUNCIONAL PARA REFRIGERADORES", como reivindicadonas reivindicações anteriores, caracterizado porcompreender um controlador eletrônico (15) pararefrigeradores baseado em um conceito de plataformaflexível de hardware e de software, ou seja, circuitoseletrônicos e programas de controle, especialmentedesenvolvidos de forma a permitir diferentesconfigurações, dependendo da aplicação final.