BRPI1101069A2 - mÉtodo de partida para um motor de induÇço monofÁsico, dispositivo de partida para motor monofÁsico e sistema de partida para o mesmo - Google Patents
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Abstract
MÉTODO DE PARTIDA PARA UM MOTOR DE INDUÇçO MONOFÁSICO, DISPOSITIVO DE PARTIDA PARA MOTOR MONOFÁSICO E SISTEMA DE PARTIDA PARA O MESMO. A presente invenção refere-se a um dispositivo de partida para motor a indução monofásico, compreendendo um estator (M) tendo um enrolamento de marcha (B1) e um enrolamento de partida (B2), um dispositivo de partida (28), conectando o enrolamento de partida (B2) a uma fonte (F), de alimentação de tensão alternada, quando em uma condição fechada, a chave de partida (S1) sendo conduzida a uma condição aberta quando terminada a partida do motor, o dispositivo de partida (28) compreendendo: uma chave de partida (S1), um dispositivo eletrônico processador de sinais (30) recebendo sinais de corrente de um sensor de corrente (RS) circulante pela chave de partida (S1) e recebendo sinais de tensão provenientes de um sensor (SV) de cruzamento da tensão por zero, sendo que a unidade de controle (30) instrui o fechamento e abertura da chave (S1) de acordo com a interpretação dos sinais dos sensores de cruzamento da corrente e tensão por zero, e do tempo.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE PARTIDA PARA UM MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO, DISPOSITIVO DE PARTIDA PARA MOTOR MONOFÁSICO E SISTEMA DE PARTIDA PARA O MESMO".
A presente invenção refere-se a um método de partida para um
motor de indução monofásico especialmente desenhado para otimizar o tempo de partida do dito motor em função do seu tamanho e carga de ope- ração.
A presente invenção refere-se ainda a um dispositivo de partida eletrônico do tipo utilizado em motores elétricos, particularmente empregado em motores a indução monofásicos.
Adicionalmente, a presente invenção faz referência a um siste- ma de partida para motores a indução monofásicos, o qual abarca o disposi- tivo e método ora propostos. Descrição do Estado da Técnica
Os motores a indução monofásicos são amplamente utilizados devido a sua simplicidade, robustez e alto desempenho. Sua aplicação é encontrada em eletrodomésticos em geral, refrigeradores, freezers, condi- cionadores de ar, compressores herméticos, lavadoras, motobombas, venti- Iadores e algumas aplicações industriais.
Os motores a indução conhecidos são geralmente dotados de um rotor do tipo gaiola e um estator bobinado, constituído de dois enrola- mentos, sendo um deles um enrolamento de marcha e o outro um enrola- mento de partida. Durante a operação normal do compressor, o enrolamento de marcha é alimentado por uma tensão alternada, sendo que o enrolamen- to de partida é alimentado temporariamente, no início da operação de parti- da, criando um campo magnético girante no entreferro do estator, condição esta necessária para acelerar o rotor e promover sua partida.
O campo magnético girante pode ser obtido alimentando-se a bobina de partida com uma corrente defasada, no tempo, relativamente à corrente circulante pelo enrolamento principal, preferencialmente num ângu- lo próximo de 90 graus. Esta defasagem entre a corrente circulante nos dois enrolamentos é obtida por características construtivas dos enrolamentos ou pela instalação de uma impedância externa em série com um dos enrola- mentos, mas geralmente em série com o enrolamento de partida. Este valor de corrente circulante pelo enrolamento de partida, durante o processo de partida do motor é, geralmente, elevado, fazendo-se necessário o uso de algum tipo de chave que interrompa esta corrente após transcorrido o tempo necessário para promover a aceleração do motor.
Para motores em que uma eficiência muito elevada é necessá- ria, este enrolamento de partida não é totalmente desligado após transcorri- do o período de partida, mantendo-se ligado em série a este enrolamento um capacitor chamado de capacitor de marcha, que prove uma corrente su- ficiente para aumentar o torque máximo do motor e sua eficiência.
Para motores com esta configuração usando uma impedância permanente em série com o enrolamento de partida durante a operação normal do motor, são conhecidos alguns dispositivos de partida, do tipo PTC, relê eletromecânico, temporizados, ou ainda existem combinações on- de um PTC conectado em série com um dispositivo que interrompe a passa- gem de corrente após um determinado tempo (RSP) conforme citado nos documentos de patente norte-americanos US 5,053,908 e US 5,051,681, e no pedido de patente internacional copendente, WO 02/09624 A1, do mes- mo depositante.
Um dos componentes amplamente utilizados na partida de moto- res monofásicos "split phase", onde capacitor de funcionamento não é utili- zado, é o do tipo relê eletromecânico. A abrangência do seu uso está rela- cionada ao seu baixo custo de fabricação e a sua simplicidade tecnológica. Por outro lado, o relê eletromecânico apresenta uma série de limitações des- tacando-se a necessidade do dimensionamento de um componente especí- fico para cada tamanho de motor elétrico, impossibilidade do uso em moto- res de alta eficiência onde um capacitor de funcionamento é empregado, geração de ruídos eletromagnéticos e sonoros durante a sua operação e desgaste dos seus componentes provocados por arco elétrico e atrito mecâ- nico. Uma alternativa ao relê eletromecânico é o dispositivo tipo PTC ("Positive Temperature Coefficient'). Este componente tem uma larga utiliza- ção em motores de alta eficiência onde sua aplicação está associada a um capacitor de funcionamento. Por tratar-se de uma pastilha cerâmica sem partes móveis, seu princípio soluciona grande parte das limitações do relê eletromecânico. Como seu funcionamento está baseado no aquecimento de uma pastilha cerâmica, resultando na elevação da sua resistência e conse- qüente limitação da corrente circulante, ocorre a dissipação de uma potência residual durante todo o seu período de funcionamento. Outra limitação deste componente está relacionada ao tempo de
intervalo requerido para permitir partidas consecutivas. Uma das suas gran- des vantagens é a possibilidade do uso de um único componente para ope- rar na partida de uma família de motores com uma determinada tensão (115V ou 220V), mas torna-se uma limitação quando a característica anali- sada é a otimização do tempo de energização da bobina auxiliar. Seu tempo de condução é diretamente proporcional ao volume da pastilha cerâmica e inversamente proporcional à corrente circulante, acarretando em um tempo de partida reduzido, quando o mesmo é aplicado em motores de maiores potências e um tempo demasiadamente longo, quando sua aplicação é feita em motores menores. Estes dois fatos levam à deficiência de partida dos motores maiores e a um maior consumo de energia durante o período de partida nos motores menores.
Já os componentes de partida tipo temporizados eliminam a grande desvantagem do consumo residual do PTC, porém não permitem adequar o tempo de partida requerido para os diferentes tamanhos de moto- res. Seu conceito não permite o dimensionamento de um circuito que pro- porcione o tempo otimizado de partida para os diferentes tamanhos de mo- tor, e torna-se mandatória a existência de vários modelos, cada um ajustado para um determinado tempo de atuação e assim atender uma determinada família de motores elétricos, acarretando na despadronização, elevado ajus- te nas linhas de fabricação e aumento dos estoques. Tais dispositivos não levam em consideração as condições de operação no instante do arranque e são, portanto, dimensionados pela pior condição, aumentando o tempo de partida.
Diante do acima exposto, a presente invenção oferece um méto- do inovador para a partida de motor monofásico capaz de otimizar o tempo de partida de uma ampla faixa de motores, especialmente no que se refere a sua potência de operação. Ademais, um dispositivo e um sistema de partida também são previstos a fim de se alcançar os objetivos da presente inven- ção.
Objetivos da Invenção É um primeiro objetivo da presente invenção proporcionar um
dispositivo de partida com topologia simples e robusta, de custo reduzido e que permita:
i) o uso em larga escala em sistemas de baixo custo, apresen- tando as vantagens dos dispositivos temporizados, onde o consumo residual
de potência é eliminado;
ii) a redução do número de componentes necessários para aten- der uma determinada família de motores de uma mesma tensão de alimen- tação;
iii) o uso em motores de alta eficiência com capacitores de fun- cionamento, e que apresente a característica dos relês eletromecânicos, on- de o tempo de partida é otimizado para cada diferente tamanho de motor elétrico.
É um segundo objetivo da presente invenção proporcionar um método de partida para motor a indução monofásico que otimize o tempo de partida em função do tamanho e carga do motor ligado ao mesmo.
É ainda um outro objetivo da presente invenção proporcionar um método de partida para motor a indução monofásico que otimize o tempo de partida automaticamente em função da tensão da rede de alimentação.
Um objetivo adicional da presente invenção é proporcionar um dispositivo eletrônico de partida para motor a indução monofásico com con- sumo de energia desprezível.
Adicionalmente, é objetivo desta invenção proporcionar um dis- positivo eletrônico de partida para motor a indução monofásico que possa operar em conjunto com um capacitor de partida ou outra impedância insta- lada em série com o enrolamento de partida do motor.
A presente invenção tem como objetivo ainda proporcionar um dispositivo eletrônico de partida para motor a indução monofásico não sus- ceptível a transitórios ou perturbações provindas da rede de alimentação.
Finalmente, é objetivo da presente invenção proporcionar um dispositivo eletrônico de partida para motor a indução monofásico que possa operar em conjunto com o arranjo de alguns sistemas de refrigeração que são dotados de uma impedância (resistência) ligada em paralelo com os contatos do termostato, usadas para gerar pequena quantidade de calor pa- ra manter os contatos do termostato livres de umidade, mas que também provocam o aparecimento de tensões residuais sobre os terminais do com- pressor, e que perturbam, ou impedem, o funcionamento de alguns tipos de dispositivos eletrônicos, que poderão interpretar erroneamente essa tensão residual como um estado de operação do compressor. Breve Descrição da Invenção
Os objetivos da presente invenção são alcançados através da provisão de um método de partida para um motor de indução monofásico, o motor compreendendo um rotor e um estator dotado de um enrolamento de marcha e um enrolamento de partida, o enrolamento de partida sendo asso- ciado eletricamente a um dispositivo de partida, o dispositivo de partida e o enrolamento de marcha sendo associados eletricamente a uma fonte de ali- mentação de tensão alternada, o método compreende as etapas de: a-) em um primeiro instante medir, através do dispositivo de par-
tida, um ou mais períodos de tempo de fonte Tfon em que um sinal de ten- são alternada fornecida pela fonte de tensão alternada F cruza por zero;
b-) criar uma base interna de tempo Tref no dispositivo de parti- da, através dos períodos de tempo medidos no passo a; c-) fechar a chave de partida S1, em um segundo instante de a -
limentação T2 do motor monofásico, iniciando o fornecimento de corrente para o enrolamento de partida B2 do motor; d-) medir um ou mais períodos de tempo de partida Tpar da cor- rente do enrolamento de partida B2 quando esta cruza por zero;
e-) comparar os períodos de tempo de partida Tpar em que a corrente que circula pelo enrolamento de partida B2 cruza por zero com a base interna de tempo Tref;
f-) calcular, através do dispositivo de partida, uma diferença de fase Df entre a corrente que circula pelo enrolamento de partida B2 e a base interna de tempo Tref a partir da comparação feita no passo e;
g-) abrir a chave de partida S1 com base no cálculo do passo g, quando o dispositivo de partida detectar uma diferença de fase Df1 entre a corrente que circula pelo enrolamento de partida B2 e a base interna de tempo Tref, de valor superior a um limite de fase partida Lfap pré- estabelecido.
Os objetivos da presente invenção ainda são alcançados através da provisão de um dispositivo de partida para motor a indução monofásico, de modo que tal dispositivo compreende uma chave de partida e pelo menos uma fonte de corrente contínua associadas eletricamente e paralelamente entre si, pelo menos um dispositivo eletrônico processador de sinais alimen- tado eletricamente pela fonte de corrente contínua, o dispositivo eletrônico processador de sinais sendo associado elétrica e operativamente à chave de partida, através de um terminal de controle, pelo menos um sensor de cru- zamento de tensão por zero associado eletricamente ao dispositivo eletrôni- co processador de sinais e à chave de partida, pelo menos um sensor de cruzamento de corrente por zero associado eletricamente ao dispositivo ele- trônico processador de sinais e à chave de partida, o dispositivo de partida sendo configurado para promover a partida e/ou a parada do motor a indu- ção monofásico através da chave de partida.
Finalmente, os objetivos da presente invenção são alcançados através da provisão de um sistema de partida para um motor de indução monofásico, o motor compreendendo um rotor e um estator dotado de um enrolamento de marcha e um enrolamento de partida, o sistema compreen- dendo: - uma chave de partida associada eletricamente através de seus terminais de contato a uma fonte de tensão alternada, a chave de partida sendo configurada para conectar eletricamente um primeiro terminal do en- rolamento de partida à fonte de tensão alternada;
- uma fonte de alimentação de corrente contínua alimentada a partir dos terminais de contato da chave de partida;
- um dispositivo eletrônico processador de sinais, alimentada pe- la fonte de corrente contínua, e operativamente ligada à chave de partida,
- um sensor de cruzamento por zero da corrente do enrolamento de partida configurado para detectar períodos de tempo, ou instantes, em que a corrente do enrolamento de partida cruza por zero;
- um sensor de cruzamento por zero da tensão nos terminais da chave de partida configurado para detectar períodos de tempo, ou instantes, em que a tensão entre os terminais da chave de partida cruza por zero;
- o sistema sendo configurado para fechar a chave de partida de modo a iniciar o fornecimento de corrente para o enrolamento de partida do motor; e
- o sistema sendo configurado para abrir a chave de partida a partir de uma diferença de fase detectada entre a corrente circulante no en- rolamento de partida e a base interna de tempo.
Descrição Resumida dos Desenhos
A presente invenção será, a seguir, descrita fazendo-se referên- cia a uma concretização preferida ilustrada nos desenhos anexos, dos quais:
Figura 1 - representa um diagrama esquemático de uma moda- lidade preferencial do sistema e dispositivo de partida eletrônico, objeto da presente invenção;
Figura 2 - representa um gráfico ilustrando a forma de onda de tensão do dispositivo de partida eletrônico, conforme os ensinamentos da presente invenção; e
Figura 3 - representa um gráfico ilustrando a definição da base de tempo realizada pela unidade de controle do dispositivo de partida. Descrição Detalhada dos Desenhos A figura 1 ilustra uma concretização preferencial do objeto de in- venção ora proposto.
Mais particularmente, a presente invenção prove um dispositivo de partida 28 para motor a indução monofásico, configurado para prover meios de acionamento e desligamento do dito motor de maneira bastante eficiente e simplificada.
Tal dispositivo 28 compreende, essencialmente, uma chave de partida S1 e pelo menos uma fonte de corrente contínua 29 associadas ele- tricamente e paralelamente entre si, como podem ser vistas pela figura 1. Preferencialmente, é prevista a instalação de uma única fonte de corrente contínua 29, porém, uma ou mais fontes podem ser instaladas de modo a alimentar os componentes e/ou módulos funcionais do dispositivo 28, os quais serão comentados em maiores detalhes adiante.
O referido dispositivo 28 compreende ainda pelo menos um dis- positivo eletrônico processador de sinais 30 alimentado eletricamente pela fonte de corrente contínua 29, sendo este dispositivo 30 associado elétrica e operativamente à chave de partida S1 através de um terminal de controle 26. De modo bastante preferível, o dispositivo de partida 28 abarca apenas um dispositivo eletrônico processador de sinais 30, tal como um microprocessa- dor ou microcontrolador, todavia, dois ou mais podem ser empregados sem afetar o funcionamento e operação do presente dispositivo de partida 28.
Alguns componentes convencionais hoje bastante conhecidos, tais como os microcontroladores da família Microchip1 como PICs ou ainda os antigos microcontroladores da família INTEL, como os 8051 e 8052, entre outros, podem ser utilizados facilmente na presente invenção de forma a implementar o dispositivo eletrônico processador de sinais 30. De outro mo- do, este dispositivo 30 pode ser ainda confeccionado por um circuito eletrô- nico dedicado e projetado a partir de componentes eletrônicos de uso geral.
Adicionalmente, a figura 1 mostra que o dispositivo de partida 28 compreende ainda pelo menos um sensor de cruzamento de tensão por zero SV associado eletricamente ao dispositivo eletrônico processador de sinais e à chave de partida S1, e pelo menos um sensor de cruzamento de cor- rente por zero RS associado eletricamente ao dispositivo eletrônico proces- sador de sinais 30 e à chave de partida S1.
O dispositivo de partida 28, conforme os ensinamentos da pre- sente invenção, é configurado para promover a partida e/ou parada do motor a indução monofásico através da chave de partida S1.
De modo mais detalhado, pode-se observar por meio da figura 1, que o dispositivo de partida 28 conecta, através da sua chave de partida S1, o enrolamento de partida B2 a uma fonte de tensão alternada F. Após a par- tida do motor, a chave de partida S1 é levada a uma condição aberta pelo dispositivo 28.
Uma característica inovadora da presente invenção refere-se à metodologia, ou método, de acionamento e controle da partida do motor. Tal motor compreende um rotor e um estator M dotado de um enrolamento de marcha B1 e de um enrolamento de partida B2, tal como ilustrados na figura 1. Da figura 1, nota-se ainda que o enrolamento de partida B2 é associado eletricamente ao aludido dispositivo de partida 28, de modo que o enrola- mento de marcha B1 é associado eletricamente à fonte de alimentação de tensão alternada F, ou simplesmente fonte de tensão alternada F.
De maneira mais abrangente, o presente método é descrito a seguir com base nas suas principais etapas, quais sejam:
a-) em um primeiro instante medir, através do dispositivo de par- tida 28, um ou mais períodos de tempo de fonte Tfon em que um sinal de tensão alternada fornecida pela fonte de tensão alternada F cruza por zero;
b-) criar uma base interna de tempo Tref no dispositivo de parti- da 28, sendo a dita base Tref sincronizada com uma fase do sinal de tensão da fonte de tensão alternada F, através dos períodos de tempo medidos no passo a;
c-) fechar a chave de partida S1, em um segundo período, ou instante de alimentação T2 do motor monofásico, iniciando o fornecimento de corrente para o enrolamento de partida B2 do motor;
d-) medir um ou mais períodos de tempo de partida Tpar da ten- são do enrolamento de partida B2 quando esta cruza por zero; e-) comparar os momentos em que a corrente que circula pelo enrolamento de partida B2 cruza por zero com a base interna de tempo Tref;
f-) calcular, através do dispositivo de partida 28, a diferença de fase Df entre a corrente que circula pelo enrolamento de partida B2 e a base interna de tempo Tref a partir da comparação feita no passo e;
i-) abrir a chave de partida S1 com base no cálculo do passo g, quando o dispositivo de partida 28 detectar uma diferença de fase Df1 entre a corrente que circula pelo enrolamento de partida B2 e a base interna de tempo Tref de valor superior a um limite de fase partida Lfap pré- estabelecido.
A figura 2 mostra a forma de onda de tensão presente no dispo- sitivo de partida 28, sendo possível destacar os instantes essenciais de par- tida do motor a indução monofásico, conforme os ensinamentos da presente invenção.
Vale frisar que, neste caso, o limite de fase Lfap pré-
estabelecido representa um estado de operação em que o motor está acele- rado com uma rotação próxima à sua rotação de operação nominal. É fato que o passo "d" acima corresponde ao momento em que o motor está inici- ando a sua partida.
De outro lado, o limite de fase Lfap, conforme descrito, corres-
ponde ao momento em que o motor alcança rotações substancialmente mais elevadas, quando comparadas ao início de partida da máquina. Quando o motor elétrico está em baixa rotação, ou parado, por exemplo, a diferença de fase Df é consideravelmente pequena entre a corrente que circula no enro- lamento de partida B2 e a base de tempo interna calculada na presente in- venção.
Operacionalmente, e reiterando, cabe observar que a abertura da chave de partida S1 se dá a partir de um comando enviado através do dispositivo eletrônico processador de sinais 30, sendo este incorporado ao dispositivo de partida 28, como mostra a figura 1, no instante em que o mo- tor está acelerado com uma rotação próxima à sua nominal.
De maneira alternativa, o presente método ainda compreende uma etapa de abrir a chave de partida S1 quando a diferença de fase Df en- tre a corrente que circula pelo enrolamento de partida B2 e a base interna de tempo Tref for maior do que um valor de fase predeterminado Fpred, sendo este configurado para representar um estado em que o motor está acelerado com uma rotação próxima à sua rotação nominal, após transcorrido um tem- po de partida predefinido Tppre.
De uma outra forma, a metodologia de operação do objeto ora reivindicado prevê ainda uma etapa de abrir a chave de partida S1 quando a diferença de fase Df entre a corrente que circula pelo enrolamento de partida B2 e a base interna de tempo Tref apresentar variação nula, sendo esta condição configurada para representar um estado de operação em que o motor concluiu sua aceleração.
Desta forma, o dispositivo eletrônico processador de sinais 30, através do terminal de controle 26, emite um comando para que a chave de partida S1 seja aberta e se mantenha neste estado, encerrando o forneci- mento de corrente para o enrolamento de partida B2, e, por conseguinte a partida do motor.
Na presente invenção é prevista ainda uma etapa (j) de manter a chave de partida S1 aberta até que o sinal de tensão da fonte de tensão al- ternada F, ou a energia fornecida, seja interrompido por um período de tem- po parada Tpara suficiente para caracterizar uma parada do motor.
Ademais, o presente método compreende, ainda, a etapa de a- pós a partida do motor, analisar os períodos de tempo, ou instantes, em que ocorre o cruzamento por zero de uma tensão Vpar sobre a chave de partida S1. Assim, a chave de partida S1 é mantida fechada durante a partida do motor, e aberta ao longo de todo o tempo em que o motor estiver operando, de modo que o dispositivo eletrônico processador de sinais 30 mantém a observação dos momentos de cruzamento por zero da tensão sobre a dita chave S1, através de um terminal de fonte 25 e sensor de cruzamento de tensão por zero SV, podendo concluir sobre o estado de operação do motor e perceber quando ocorreu sua desaceleração ou parada por interrupção da energia fornecida pela fonte de alimentação de tensão alternada F. O método ora proposto prevê ainda as etapas de memorizar a base interna de tempo Tref, além de sincronizá-la com o cruzamento por zero da tensão do enrolamento de partida B2. A figura 3 mostra um gráfico onde é possível visualizar a definição da base de tempo realizada pelo dis- positivo eletrônico processador de sinais 30, conforme o objeto da presente invenção.
Frente ao acima exposto, cabe mencionar que a cada nova par- tida do motor uma nova base de tempo, ou referência, é criada, e memoriza- da pelo dispositivo eletrônico 30, de forma que o circuito se adapte automati- camente às novas condições de carga do sistema, especialmente para a tensão da rede (sobretensão ou subtensão) e condições de temperatura dos enrolamentos de marcha B1 e de partida B2 do estator.
Devido à memorização desenvolvida a cada novo ciclo de arran- que, o circuito não necessita de qualquer calibração prévia para operar com determinado tipo de motor, como ocorre hoje em outras soluções do estado da técnica, facilitando assim a sua utilização para uma ampla faixa de moto- res.
No caso de ocorrer uma tentativa de partida, ou arranque mal sucedida, em que o rotor permaneça travado e não haja alteração na dife- rença de fase Df, o dispositivo eletrônico processador de sinais 30 instrui a abertura da chave de partida S1, quando o tempo desde o fechamento da chave S1 ultrapassar um valor de tempo máximo previamente definido para a finalização da partida do motor. Nesta condição, o intervalo de tempo E1 indicado na figura 2 se estenderá de forma indevida alcançando um tempo máximo permitido e a abertura da chave de partida S1 protegerá o motor e a própria chave.
Logo, com base no acima descrito, o presente método prevê uma etapa capaz de determinar a abertura da chave de partida S1, através do dispositivo de partida 28, quando um tempo contado a partir do fecha- mento da chave de partida S1, ultrapassar um valor de tempo máximo Tmax previamente definido para finalização da partida do motor.
Nesse caso, o circuito irá aguardar o tempo adequado de resfri- amento do motor e/ou tempo necessário para adequar a condição de carga ao torque fornecido pelo motor, antes de permitir um novo ciclo de arranque. A fim de concretizar esta última operação, o método proposto prevê uma etapa voltada para aguardar um tempo para resfriamento do motor Tres, e/ou um tempo mínimo de carga Tmin, configurados para estabelecer a con- dição de carga ao torque fornecido pelo motor, antes de permitir um novo ciclo de partida.
Por fim, a presente invenção prevê um sistema de partida para um motor de indução monofásico, sendo este motor dotado de um rotor e um estator Μ. O estator compreende um enrolamento de marcha B1 e um enrolamento de partida B2 conforme já mencionado.
De maneira mais detalhada, e tal como ilustrado na figura 1, tem-se que o presente sistema compreende uma chave de partida S1 asso- ciada eletricamente, através de seus terminais de contato, a uma fonte de tensão alternada F. A dita chave de partida S1 é configurada para conectar eletricamente um primeiro terminal do enrolamento de partida B2 à fonte de tensão alternada F.
Na mesma figura 1 é possível observar no sistema ora proposto a existência de uma fonte de alimentação de corrente contínua 29 alimenta- da a partir dos terminais de contato da chave de partida S1.
Neste sistema é previsto ainda, como já comentado, pelo menos um dispositivo eletrônico processador de sinais 30, alimentado pela fonte de corrente contínua 29, e operativamente ligada à chave de partida S1.
Adicionalmente, é previsto no presente sistema de partida um sensor de cruzamento por zero da corrente RS do enrolamento de partida B2, configurado para detectar períodos de tempo, ou instantes, em que a corrente do enrolamento de partida B2 cruza por zero. Um sensor de cruza- mento por zero da tensão SV conectado nos terminais da chave de partida S1 também é previsto neste sistema, sendo tal sensor configurado para de- tectar períodos de tempo, ou instantes, em que a tensão entre os terminais da chave de partida S1 cruza por zero.
De modo bastante funcional e eficiente, o sistema de partida, ob- jeto da presente invenção, é configurado para fechar a chave de partida S1 de modo a iniciar o fornecimento de corrente para o enrolamento de partida B2 do motor, quando da partida do motor. De modo bastante inovador frente às soluções hoje disponíveis, o referido sistema é configurado ainda para abrir a chave de partida S1, a partir de uma diferença de fase Df detectada entre a corrente circulante no enrolamento de partida B2 e a base interna de tempo Tref.
A abertura da chave de partida S1 é estabelecida quando a dife- rença de fase Df calculada acima é superior a um limite de fase (Lfase) pré- estabelecido.
Da configuração prevista para o sistema de partida da presente invenção, pode-se afirmar que a chave de partida S1, a fonte de alimentação de corrente contínua 29, o dispositivo eletrônico processador de sinais 30 e o sensor de cruzamento por zero da corrente RSe o sensor de cruzamento por zero da tensão SV definem, quando combinados, um dispositivo de par- tida 28.
A figura 1 mostra ainda que um primeiro terminal fonte 1 da fonte de alimentação de tensão alternada F está associado eletricamente a um primeiro terminal marcha 45 do enrolamento de marcha B1 e a um primeiro terminal chave S1' da chave de partida S1. O primeiro terminal fonte 1 está associado ainda a um primeiro terminal fonte contínua 27 da fonte de corren- te contínua 29.
Ainda na figura 1, é possível notar que um segundo terminal fon- te de corrente contínua 25 está associado eletricamente a um segundo ter- minai chave S1" da chave de partida S1.
No que tange ao comando da aludida chave de partida S1, tem- se que esta é operativamente ligada ao dispositivo eletrônico processador de sinais 30 através de um terminal de controle 26 da chave de partida S1.
Na sua forma operacional, o presente sistema emprega, tal co- mo ilustrado nas figuras 2 e 3, o dispositivo eletrônico processador de sinais de modo a criar uma base interna de tempo Tref, através do chamado dispositivo de partida 28, sendo esta base de tempo Tref sincronizada com uma fase do sinal de tensão da fonte de tensão alternada F.
Neste sentido, o dispositivo eletrônico processador de sinais 30 determina o momento de abertura e fechamento da chave de partida S1 com base em uma diferença de fase Df calculada entre a fase da corrente que circula pelo enrolamento de partida B2 e a base interna de tempo Tref.
Ademais, o dispositivo eletrônico processador de sinais 30 é configurado para manter a chave de partida S1 em estado aberto até que a energia fornecida pela fonte de tensão alternada F seja interrompida por um período de tempo que caracterize a parada do motor.
A figura 1 ilustra ainda que o presente sistema prevê o uso de um capacitor de funcionamento CR disposto em paralelo aos terminais dos enrolamentos de marcha B1 e de partida B2 do estator M, de modo a pro- porcionar uma diferença de fase entre as correntes que passam nos enrola- mentos de marcha B1 e de partida B2.
Finalmente, a presente invenção alcança os seus objetivos na medida em que oferece um mecanismo de partida, formado por um sistema, um método e um dispositivo de partida para motor monofásico, substancial- mente mais eficiente e simplificado, frente às soluções conhecidas do estado da técnica, além do fato de ser capaz de oferecer uma partida mais otimiza- da para uma ampla faixa de potência de motores daquele tipo.
Tendo sido descrito exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apenas, aí incluídos os possíveis equivalentes.
Claims (21)
1. Método de partida para um motor de indução monofásico, o motor compreendendo um rotor e um estator (M) dotado de um enrolamento de marcha (B1) e um enrolamento de partida (B2), o enrolamento de partida (B2) sendo associado eletricamente a um dispositivo de partida (28), o dis- positivo de partida (28) e o enrolamento de marcha (B1) sendo associados eletricamente a uma fonte de alimentação de tensão alternada (F), o método de partida sendo caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a-) em um primeiro instante medir, através do dispositivo de par- tida (28), um ou mais períodos de tempo de fonte (Tfon) em que um sinal de tensão alternada fornecida pela fonte de tensão alternada (F) cruza por zero; b-) criar uma base interna de tempo (Tref) no dispositivo de par- tida (28), através dos períodos de tempo medidos no passo a; c-) fechar a chave de partida (S1), em um segundo instante de alimentação (T2) do motor monofásico, iniciando o fornecimento de corrente para o enrolamento de partida (B2) do motor; d-) medir um ou mais períodos de tempo de partida (Tpar) da corrente do enrolamento de partida (B2) quando esta cruza por zero; e-) comparar os períodos de tempo de partida (Tpar) em que a corrente que circula pelo enrolamento de partida (B2) cruza por zero com a base interna de tempo (Tref); f-) calcular, através do dispositivo de partida (28), uma diferença de fase (Df) entre a corrente que circula pelo enrolamento de partida (B2) e a base interna de tempo (Tref) a partir da comparação feita no passo e; g-) abrir a chave de partida (S1) com base no cálculo do passo g, quando o dispositivo de partida (28) detectar uma diferença de fase (Df)1 entre a corrente que circula pelo enrolamento de partida (B2) e a base inter- na de tempo (Tref), de valor superior a um limite de fase partida (Lfap) pré- estabelecido.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o limite de fase partida (Lfap) pré-estabelecido representa um estado de operação em que o motor está acelerado com uma rotação próxi- ma à sua rotação de operação nominal.
3. Método de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que a abertura da chave de partida (S1) se dá a partir de um comando enviado através de um dispositivo eletrônico processador de sinais (30), sendo esta incorporada ao dispositivo de partida (28), no instante em que o motor está acelerado com uma rotação próxima à nominal.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma etapa de: h) abrir a chave de partida (S1) quando a diferença de fase (Df) entre a corrente que circula pelo enrolamento de partida (B2) e a base inter- na de tempo (Tref) for maior do que um valor de fase predeterminado (F- pred), sendo este configurado para representar um estado em que o motor está acelerado com uma rotação próxima à sua rotação nominal após trans- corrido um tempo de partida predefinido (Tppre).
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma etapa de: i) abrir a chave de partida (S1) quando a diferença de fase (Df) entre a corrente que circula pelo enrolamento de partida (B2) e a base inter- na de tempo (Tref) apresentar variação nula, sendo esta condição configura- da para representar um estado de operação em que o motor concluiu sua aceleração.
6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de: j) manter a chave de partida (S1) aberta até que o sinal de ten- são da fonte de tensão alternada (F) seja interrompido por um período de tempo parada (Tpara) suficiente para caracterizar uma parada do motor.
7. Método, de acordo com qualquer uma da reivindicação 1, ca- racterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de, após a partida do motor, analisar os períodos de tempo, ou instantes, em que ocorre o cruza- mento por zero de uma tensão (Vpar) sobre a chave de partida (S1).
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de: - memorizar a base interna de tempo (Tref); e - sincronizar a referência interna de tempo (Tref) com o cruza- mento por zero da corrente do enrolamento de partida (B2).
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de: - determinar a abertura da chave de partida (S1), através do dis- positivo de partida (28), quando um tempo contado a partir do fechamento da chave de partida (S1), ultrapassar um valor de tempo máximo (Tmax) previamente definido para finalização da partida do motor.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma etapa de aguardar um tempo para res- friamento do motor (Tres), e/ou um tempo mínimo de carga (Tmin) configu- rados para estabelecer a condição de carga ao torque fornecido pelo motor, antes de permitir um novo ciclo de arranque.
11. Dispositivo de partida para motor a indução monofásico (28), caracterizado pelo fato de que compreende uma chave de partida (S1) e pe- lo menos uma fonte de corrente contínua (29) associadas eletricamente e paralelamente entre si, pelo menos um dispositivo eletrônico processador de sinais (30) alimentado eletricamente pela fonte de corrente contínua (29), o dispositivo eletrônico processador de sinais (30) sendo associado elétrica e operativamente à chave de partida (S1), através de um terminal de controle (26), pelo menos um sensor de cruzamento de tensão por zero (SV) associ- ado eletricamente ao dispositivo eletrônico processador de sinais (30) e à chave de partida (S1), pelo menos um sensor de cruzamento de corrente por zero (RS) associado eletricamente ao dispositivo eletrônico processador de sinais (30) e à chave de partida (S1), o dispositivo de partida sendo configu- rado para promover a partida e/ou a parada do motor a indução monofásico através da chave de partida (S1).
12. Sistema de partida para um motor de indução monofásico, o motor compreendendo um rotor e um estator (M) dotado de um enrolamento de marcha (B1) e um enrolamento de partida (B2), o sistema sendo caracte- rizado pelo fato de que compreende: - uma chave de partida (S1) associada eletricamente através de seus terminais de contato a uma fonte de tensão alternada (F)1 a chave de partida (S1) sendo configurada para conectar eletricamente um primeiro ter- minal do enrolamento de partida (B2) à fonte de tensão alternada (F); - uma fonte de alimentação de corrente contínua (29) alimentada a partir dos terminais de contato da chave de partida (S1); - um dispositivo eletrônico processador de sinais (30), alimenta- da pela fonte de corrente contínua (29), e operativamente ligada à chave de partida (S1), - um sensor de cruzamento por zero da corrente (RS) do enro- lamento de partida (B2) configurado para detectar períodos de tempo, ou instantes, em que a corrente do enrolamento de partida (B2) cruza por zero; e - um sensor de cruzamento por zero da tensão (SV) nos termi- nais da chave de partida (S1) configurado para detectar períodos de tempo, ou instantes, em que a tensão entre os terminais da chave de partida (S1) cruza por zero; - o sistema sendo configurado para fechar a chave de partida (S1) de modo a iniciar o fornecimento de corrente para o enrolamento de partida (B2) do motor; - o sistema sendo configurado para abrir a chave de partida (S1) a partir de uma diferença de fase (Df) detectada entre a corrente circulante no enrolamento de partida (B2) e um sinal de tensão da fonte de tensão al- ternada (F).
13. Sistema de partida, de acordo com a reivindicação 12, carac- terizado pelo fato de que a abertura da chave de partida (S1) é estabelecida quando a diferença de fase (Df) calculada é superior a um limite de fase (Lfase) pré-estabelecido.
14. Sistema de partida, de acordo com a reivindicação 12, carac- terizado pelo fato de que a chave de partida (S1), a fonte de alimentação de corrente contínua (29), o dispositivo eletrônico processador de sinais (30) o sensor de cruzamento por zero da corrente (RS) e um sensor de cruzamento por zero da tensão (SV) definem, quando combinados, um dispositivo de partida (28).
15. Sistema de partida, de acordo com a reivindicação 12, carac- terizado pelo fato de que um primeiro terminal fonte (1) da fonte de alimenta- ção de tensão alternada (F) está associado eletricamente a um primeiro terminal marcha (45) do enrolamento de marcha (B1) e a um primeiro termi- nal chave (S1') da chave de partida (S1).
16. Sistema de partida, de acordo com a reivindicação 15, carac- terizado pelo fato de que o primeiro terminal fonte (1) está associado eletri- camente a um primeiro terminal fonte contínua (27) da fonte de corrente con- tínua (29).
17. Sistema de partida, de acordo com a reivindicação 12, carac- terizado pelo fato de que o dispositivo eletrônico processador de sinais (30) está operativamente ligada à chave de partida (S1), através de um terminal de controle (26) da chave de partida (S1).
18. Sistema de partida, de acordo com a reivindicação 14, carac- terizado pelo fato de que o dispositivo eletrônico processador de sinais (30) cria uma base interna de tempo (Tref), através do dispositivo de partida (28), sendo esta referência de tempo sincronizada com uma fase do sinal de ten- são alternada da fonte de tensão alternada (F).
19. Sistema de partida, de acordo com a reivindicação 12, carac- terizado pelo fato de que o dispositivo eletrônico processador de sinais (30) determina o momento de abertura e fechamento da chave de partida (S1) com base em uma diferença de fase (Df) calculada entre a fase da corrente que circula pelo enrolamento de partida (B2) e a fase da tensão da fonte de tensão alternada (F).
20. Sistema de partida, de acordo com a reivindicação 12, carac- terizado pelo fato de que o dispositivo eletrônico processador de sinais (30) é configurado para manter a chave de partida (S1) em estado aberto até que a energia fornecida pela fonte de tensão alternada (F) seja interrompida por um período de tempo que caracterize a parada do motor.
21. Sistema de partida, de acordo com a reivindicação 12, carac- terizado pelo fato de que compreende ainda um capacitor de funcionamento (CR) disposto em paralelo aos terminais dos enrolamentos de marcha (B1) e de partida (B2) do estator (M), de modo a proporcionar uma diferença de fase entre as correntes que passam nos enrolamentos de marcha (B1) e de partida (B2).
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| B15L | Others concerning applications: renumbering |
Free format text: RENUMERADO O PEDIDO DE PI1101069-0 PARA PP1101069-0. |
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| B08F | Application dismissed because of non-payment of annual fees [chapter 8.6 patent gazette] |
Free format text: REFERENTE A 8A ANUIDADE. |
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| B08K | Patent lapsed as no evidence of payment of the annual fee has been furnished to inpi [chapter 8.11 patent gazette] |
Free format text: EM VIRTUDE DO ARQUIVAMENTO PUBLICADO NA RPI 2503 DE 26-12-2018 E CONSIDERANDO AUSENCIA DE MANIFESTACAO DENTRO DOS PRAZOS LEGAIS, INFORMO QUE CABE SER MANTIDO O ARQUIVAMENTO DO PEDIDO DE PATENTE, CONFORME O DISPOSTO NO ARTIGO 12, DA RESOLUCAO 113/2013. |
|
| B15K | Others concerning applications: alteration of classification |
Free format text: RECLASSIFICACAO AUTOMATICA - A CLASSIFICACAO ANTERIOR ERA: H02P 1/42 Ipc: A01H 5/00 (2018.01), A01H 6/00 (2018.01) |