BRPI1101094A2

BRPI1101094A2 - sistema de acionamento para compressor linear ressonante, mÉtodo de acionamento para compressor linear ressoante e compressor linear ressonante

Info

Publication number: BRPI1101094A2
Application number: BRPI1101094-0A
Authority: BR
Inventors: Paulo Sergio Dainez; Dietmar Erich Bernhard Lilie
Original assignee: Whirlpool Sa
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2013-06-11
Also published as: JP2014511959A; CN103547805B; DK2686554T3; US20170152847A1; US11187221B2; EP2686554B1; WO2012122615A3; CN103547805A; KR20140022008A; EP2686554A2; US20140186194A1; JP6014058B2; ES2547736T3; WO2012122615A2; SG192988A1; US10697444B2

Abstract

SISTEMA DE ACIONAMENTO PARA COMPRESSOR LINEAR RESSONANTE, MÉTODO DE ACIONAMENTO PARA COMPRESSOR LiNEAR RESSONANTE E COMPRESSOR LINEAR RESSONANTE. A presente invenção refere-se a um sistema de acionamento para compressor linear ressonante (50), aplicado a sistemas de refrigeração, sendo este particularmentp idealizado para operar na frequência de ressonância eletromecânica do dito compressor (50), de tal maneira que o sistema seja capaz de elevar a potência máxima fornecida pelo atuador linear, em condições de sobrecarga do aludido sistema de refrigeração. Adicionalmente, a, presente Invenção faz referência a um método de acionamento para compressor linear ressonante (50), cujas etapas de operação permitem acionar o equipamento na frequência de ressonância eletromecânica, bem como controlar seu acionamento em condições de sobrecarga.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE ACIONAMENTO PARA COMPRESSOR LINEAR RESSONANTE, MÉTO- DO DE ACIONAMENTO PARA COMPRESSOR LINEAR RESSONANTE E COMPRESSOR LINEAR RESSONANTE".

A presente invenção refere-se a um sistema de acionamento

para compressor linear ressonante, aplicado a sistemas de refrigeração, sendo este particularmente idealizado para operar na freqüência de resso- nância eletromecânica do dito compressor, de tal maneira que o sistema se- ja capaz de elevar a potência máxima fornecida pelo atuador linear, em con- dições de sobrecarga do aludido sistema de refrigeração.

Adicionalmente, a presente invenção faz referência a um método de acionamento para compressor linear ressonante, cujas etapas de operação permitem acionar o equipamento na freqüência de ressonância eletromecâni- ca, bem como controlar seu acionamento em condições de sobrecarga. Finalmente, a invenção em tela refere-se a um compressor linear

ressonante dotado de um sistema de acionamento tal como proposto no ob- jeto ora reivindicado. Descrição do Estado da Técnica

Os conhecidos compressores de pistão alternativos operam no sentido de gerar uma pressão de modo a comprimir o gás no interior de um cilindro, empregando um movimento axial do pistão, de forma que o gás do lado de baixa pressão, também chamado de pressão de sucção ou evapora- ção, entra no interior do cilindro através da válvula de sucção.

O gás é então comprimido dentro do cilindro pelo movimento do pistão, e após comprimido, sai do cilindro pela válvula de descarga para o lado de alta pressão, também chamado de pressão de descarga ou conden- sação.

No caso dos compressores lineares ressonantes, o pistão é a- cionado por um atuador linear o qual é formado por um suporte e imãs que pode ser acionado por uma ou mais bobinas. Tal compressor linear compre- ende ainda uma ou mais molas as quais conectam a parte móvel (pistão, suporte e imãs) à parte fixa, sendo esta formada pelo cilindro, estator, bobi- na, cabeçote e estrutura. As partes móveis e as molas formam o conjunto ressonante do compressor.

O referido conjunto ressonante, acionado pelo motor linear, tem a função de desenvolver um movimento alternativo linear, fazendo com que o movimento do pistão no interior do cilindro exerça uma ação de compres- são do gás admitido pela válvula de sucção, até o ponto em que ele pode ser descarregado por meio da válvula de descarga para o lado de alta pres- são.

A amplitude de operação do compressor linear é regulada pelo equilíbrio da potência gerada pelo motor, com a potência consumida pelo mecanismo de compressão, além das perdas geradas neste processo. A fim de alcançar a máxima eficiência termodinâmica e a máxima capacidade de refrigeração é necessário que o deslocamento máximo do pistão se aproxi- me o máximo possível do final de curso, reduzindo, desta forma, o volume morto de gás no processo de compressão.

Para viabilizar este processo, torna-se necessário que o curso do pistão seja conhecido com grande precisão, de modo a evitar o risco de um impacto do pistão com o final do curso, ou cabeçote do equipamento. Este impacto poderia gerar além de ruído acústico, a perda de eficiência do aparelho ou mesmo a quebra do compressor.

Desta forma, quanto maior o erro na estimação/medição da po- sição do pistão, maior será o coeficiente de segurança necessário entre o deslocamento máximo e o final do curso, para operar o compressor com se- gurança, levando a perda de performance do produto. Por outro lado, caso seja necessário reduzir a capacidade de

refrigeração do compressor devido a uma menor necessidade do sistema de refrigeração, é possível reduzir o curso máximo de operação do pistão, re- duzindo a potência fornecida ao compressor, e deste modo, é possível con- trolar a capacidade de refrigeração do compressor obtendo uma capacidade variável.

Uma característica adicional bastante importante na operação dos compressores lineares ressonantes é a sua freqüência de acionamento. De modo geral, os compressores ressonantes são projetados para funcionar na freqüência de ressonância do chamado sistema mas- sa/mola, condição na qual a eficiência é máxima, e onde a massa conside- rada é dada pela soma da massa da parte móvel (pistão, suporte e imãs), e a mola equivalente (Kt) é tomada a partir da soma da mola ressonante do sistema (KMl), mais a mola gás gerada pela força de compressão do gás (Kg), que tem um comportamento similar a uma mola variável não linear, e que depende das pressões de evaporação e condensação do sistema de refrigeração, bem como do gás usado no dito sistema. Algumas soluções do estado da técnica procuram solucionar o

problema da freqüência de acionamento dos compressores ressonantes pa- ra certas condições de operação, com será apresentado a seguir.

O documento WO 00079671A1 utiliza a detecção da força con- traeletromotriz (FCEM) do motor para ajustar a freqüência de ressonância, porém, esta técnica tem a desvantagem de necessitar de um tempo mínimo sem corrente para poder detectar o cruzamento por zero da FCEM, prejudi- cando assim, a potência máxima fornecida, e a eficiência pela distorção na forma de onda da corrente.

Por sua vez, a patente US 5.897.296 revela um controle com sensor de posição e controle de freqüência para minimizar a corrente. Esta solução é similar àquelas já disponíveis em técnicas anteriores e tem a des- vantagem de precisar perturbar periodicamente o sistema para o ajuste da freqüência de acionamento, o que pode prejudicar sobremaneira a perfor- mance do produto final. A patente US 6.832.898 descreve um controle da freqüência de

operação pelo máximo da potência, para uma corrente constante. Esta téc- nica usa o mesmo princípio da patente anterior, logo tem a mesma desvan- tagem em constantemente perturbar o sistema.

Todas as soluções acima, além daquelas reveladas pelos docu- mentos US 5.980.211, KR0237562 e KR0176909, tem como objetivo primor- dial acionar o compressor na freqüência de ressonância do sistema mecâni- co, independente do método de ajuste da freqüência, e nesta condição, a relação entre o deslocamento e a corrente é máxima (ou velocidade e cor- rente).

Apesar de a eficiência ser máxima na freqüência de ressonância mecânica, a tensão de alimentação não está no ponto ótimo, ou seja, a rela- ção entre o deslocamento e a tensão de alimentação não é máximo nesta freqüência, logo, dependendo do projeto do atuador e da condição de carga do sistema de refrigeração e/ou do compressor, o sistema pode ficar limitado pela tensão máxima que o sistema de controle pode fornecer, limitando a potência máxima do sistema, ou tornando muito lento o tempo de resposta para abaixar a temperatura interna do sistema de refrigeração, o que pode prejudicar a conservação dos alimentos no sistema.

Uma solução para este problema de sobrecarga é o superdi- mensionamento do atuador linear, o que aumenta o custo e reduz a eficiên- cia do sistema em condição nominal. Com base no acima exposto, a presente invenção prevê um sis-

tema e um método de acionamento para pistão de compressor linear resso- nante, particularmente idealizados para fornecer máxima potência ao equi- pamento, em condições de sobrecarga do sistema de refrigeração, reduzin- do custos e aumentando a eficiência do compressor na sua condição de o- peração nominal.

Objetivos da Invenção

Um primeiro objetivo da presente invenção é propor um sistema de acionamento para compressor linear ressonante, sendo este capaz de acionar o compressor na sua freqüência de ressonância eletromecânica, de modo a prover máxima potência ao equipamento, em condições de sobre- carga de um sistema de refrigeração.

Um segundo objetivo da presente invenção é prover um sistema de acionamento para compressor linear ressonante, de tal modo que este contribua significativamente para uma melhor conservação dos alimentos armazenados no interior de um refrigerador, através do aumento da potência máxima fornecida ao compressor do equipamento.

Um terceiro objetivo da presente invenção é reduzir o custo de fabricação do compressor linear ressonante, por meio da otimização do di- mensionamento do seu atuador linear.

Um objetivo adicional da presente invenção consiste em otimizar a eficiência do atuador em condição nominal de operação, com base no a- perfeiçoamento obtido no seu dimensionamento.

Finalmente, é outro objetivo da presente invenção prover uma solução substancialmente mais simplificada, frente às técnicas anteriores, para a sua produção em escala industrial. Breve Descrição da Invenção

Os objetivos da presente invenção são alcançados através da provisão de um sistema de acionamento para compressor linear ressonante, o compressor linear ressonante sendo parte integrante de um circuito de re- frigeração, o compressor linear ressonante compreendendo pelo menos um cilindro, pelo menos um cabeçote, pelo menos um motor elétrico e pelo me- nos uma mola, o cilindro acomodando operativamente um pistão, o sistema de acionamento compreendendo pelo menos um controle eletrônico de acio- namento do motor elétrico, o controle eletrônico de acionamento compreen- dendo pelo menos um circuito de controle e pelo menos um circuito de acio- namento associados eletricamente entre si, o controle eletrônico de aciona- mento sendo associado eletricamente ao motor elétrico do compressor line- ar, o sistema de acionamento sendo configurado para detectar pelo menos uma condição de sobrecarga do compressor linear, através de pelo menos uma grandeza elétrica medida, ou estimada, pelo controle eletrônico de a - cionamento, e ajustar, a partir de um modo de controle em sobrecarga, a freqüência de acionamento do motor elétrico para uma freqüência de resso- nância eletromecãnica ou em uma freqüência intermediária entre a resso- nância mecânica e a eletromecãnica.

Os objetivos da presente invenção são ainda alcançados através da provisão de um método de acionamento para compressor linear resso- nante, o compressor linear ressonante compreendendo pelo menos um mo- tor elétrico, o motor elétrico sendo acionado por um inversor de freqüência, o método de acionamento compreendendo as seguintes etapas: a-) medir ou estimar, a cada ciclo de operação do compressor linear ressonante, uma freqüência de acionamento ou operação, um deslo- camento máximo do pistão do compressor linear ressonante, e/ou a fase do deslocamento do pistão e/ou a fase da velocidade do pistão e/ou fase da corrente,

b-) comparar o deslocamento máximo do pistão com um deslo- camento de referência máximo, e calcular um erro de deslocamento, c-) calcular um valor da tensão de alimentação de operação do motor elétri- co, a partir de um valor de tensão de alimentação de operação de ciclo ante- rior e do erro de deslocamento obtido no(s) passo(s) anterior(es)

d-) comparar o valor da tensão de alimentação de operação do motor elétrico calculado no passo anterior com um valor de tensão de ali- mentação máximo

e-) se o valor da tensão de alimentação de operação calculado no passo "c" for menor ou igual do que o valor da tensão de alimentação máximo então desativar um modo de controle de sobrecarga do motor elétri- co e decrementar a freqüência de acionamento até um valor de freqüência de ressonância mecânica; e voltar ao passo a,

f-) se o valor da tensão de alimentação de operação calculado no passo "c" for maior do que o valor da tensão de alimentação máximo en- tão ativar o modo de controle de sobrecarga e incrementar a freqüência de acionamento até uma freqüência de ressonância eletromecânica. Descrição Resumida dos Desenhos

A presente invenção será descrita a seguir em maiores detalhes, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

figura 1 - representa uma vista esquemática de um compressor linear ressonante;

figura 2 - ilustra uma vista esquemática do modelo mecânico do compressor linear ressonante empregado na presente invenção; figura 3 - ilustra uma vista esquemática do modelo elétrico do

compressor linear ressonante, objeto da presente invenção;

figura 4 - mostra um gráfico da posição dos pólos do sistema elétrico, mecânico e completo, conforme os ensinamentos da presente in- venção;

figura 5 - ilustra um diagrama de Bode para o deslocamento do sistema mecânico;

figura 6 - mostra um diagrama de Bode para a velocidade do sistema mecânico;

figura 7 - ilustra um diagrama de Bode da corrente do sistema eletromecânico completo, objeto da presente invenção;

figura 8 - ilustra um diagrama de Bode do deslocamento do sis- tema eletromecânico completo, conforme os ensinamentos da invenção;

figura 9 - ilustra um diagrama de Bode da velocidade do sistema eletromecânico completo, objeto da presente invenção;

figura 10 - representa um diagrama de blocos simplificado do controle com sensor;

figura 11 - ilustra um diagrama de blocos do controle e inversor com sensor;

figura 12 - mostra um diagrama de blocos simplificado do con- trole sem sensor;

figura 13 - mostra um diagrama de blocos do controle e inversor sem sensor;

figura 14 - mostra um primeiro fluxograma capaz de detectar o modo de sobrecarga em uma proposta de controle normal;

figura 15 - mostra um segundo fluxograma orientado para detec- tar o modo de sobrecarga em uma segunda proposta de controle normal;

figura 16 - mostra um fluxograma de controle de sobrecarga pa- ra o máximo do deslocamento;

figura 17 - mostra um fluxograma de controle de sobrecarga pa- ra o ajuste da fase da velocidade;

figura 18 - mostra um fluxograma de controle de sobrecarga pe- lo ajuste da fase do deslocamento; e

figura 19 - mostra um fluxograma de controle de sobrecarga pa- ra a mínima defasagem da corrente. Descrição Detalhada das Figuras

A figura 1 mostra uma vista esquemática de um compressor li- near ressonante 50, objeto da presente invenção.

As figuras 2 e 3, por sua vez, ilustram um modelo mecânico e um modelo elétrico do compressor linear 50, sendo tal modelo mecânico de- finido com base na equação 1 abaixo, e o dito modelo elétrico definido a par- tir da equação 2.

m ■ ^P- = Fur (i(t)) - Fml 0i(t)) - Fam (v(0) - Fg (■d(t)) (1)

dt

onde:

pMriKt)) = Kmt ·/(/) - Força do Motor [N]; Fml (d(t)) = Kml ■ d(t) - Força da Mola [N];

F^ (v(0) = Kam -v(j) - Força de Amortecimento [N]; Fc (d(t)) - Força da Pressão do Gás no Cilindro [N];

Kmt - Constante de motor Kml - Constante de mola Kam - Constante de amortecimento

m - massa da parte móvel v(t) - Velocidade do pistão d(t) - Deslocamento do pistão i(t) - Corrente no motor

Vent (0 = Vr (/(0) + Vl (/(/)) + Vur (v(0) (2)

onde:

Vr (i(t)) = R · i(t) - Tensão da Resistência [V];

Vl (/(/)) = L ■ - Tensão do Indutor [V];

dt

vMr(Ht)) = Kmt -v(0 - Tensão Induzida no Motor ou FCEM [V]; VEnt (0 ~ Tensão de Alimentação [V];

R- Resistência elétrica do motor

L - Indutância do motor

Vale salientar que, a força de pressão do gás (FG(d(t»> é variável com as pressões de sucção e descarga, com o deslocamento do pistão, não linear, com as demais forças na equação mecânica são todas lineares, as- sim como todas as tensões na equação elétrica. Para se obter o modelo completo do sistema é possível substituir a força de pressão pelos efeitos que ela causa no sistema, que são consumo de potência e variação na fre- qüência de ressonância.

O consumo de potência pode ser modelado por um amorteci- mento equivalente e a variação na freqüência de ressonância por uma mola equivalente.

Assim a equação (1) acima pode ser reescrita como:

m

■ = Kmt ■ i(t) - (KML + KMLEq )· d(t) - (Kam + Kamer )· v(Y)

ou

d2(t)

™ ■ —rr = kut ■ Kt) ~ Kmlt ■ d(t) - Kamt ■ v(/) at

(3)

(4)

Onde:

Kmleç - Coeficiente de mola equivalente

KAMEq - Coeficiente de amortecimento equivalente kmlt = kml + kmleq ~ Coeficiente de mola total Kamt - Kam +Kame9 - Coeficiente de amortecimento total

Aplicando a transformada de Laplace nas equações (2) e (4), pode-se obter a equação (5) abaixo, a qual representa a equação elétrica no domínio da freqüência e a equações mecânicas (6) e (7), que representam, respectivamente, a função de transferência entre deslocamento e a veloci- dade com a corrente.

I{o)_VeNÁS)-Kmt.V{S)

L-s + R (5)

D(s) _ Kmt_

l amt "j + kmlt (g)

I(s) m.s2 +KamtS + K.

V(s) _ KmtS_

^ amt ~s + kult çj^

I(s) m.s2 +KamtS +Klv

A equação (8) abaixo representa a equação característica do sistema elétrico, de modo que a equação (9) representa a equação caracte- rística do sistema mecânico. Os pólos desta equação definem a freqüência de ressonância mecânica, região onde a relação entre deslocamen- to/corrente, ou velocidade/corrente, é máxima, e, portanto, com uma eficiên- cia máxima também, tal como descrito em outras soluções do estado da téc- nica.

ECe=Ls + R ^

ECm =m.s2 + KamtS + Kmlt ^

Retrabalhando matematicamente as equações (5) a (9), podem-

se obter as equações (10), (11) e (12), que representam, respectivamente, a

função de transferência da corrente, do deslocamento e da velocidade do

pistão do compressor 50, em função da tensão de entrada, para o sistema

eletromecânico completo, conforme os ensinamentos da presente invenção:

I(s) _ ECM_

^ 2 „

(10)

ECM · ECE + Kmt .s D(s) ^mt ^ent (lS ) ECM -ECE + Kmt .s I

VENT(s) ECM .ECe + Kmt2 .s

(11)

(12)

Pode-se definir ainda a equação (13) ou (14) abaixo, como a equação característica do sistema eletromecânico idealizado na invenção em tela:

ECs =ECm-ECe+Kmt .s (13)

ou:

ECs = m.U3 + (KamtL + m.R).s2 + (Kmlt.L + Kamt-R + Kmt2).s + Kmlt ■ R ((|4)

O par de pólos complexos da equação característica do sistema eletromecânico acima define a freqüência de ressonância eletromecânica, região na qual se tem a maior relação entre corrente, o deslocamento e a velocidade com a tensão de entrada. Logo, trata-se de uma região onde é possível obter a máxima potência do compressor linear ressonante, confor- me o objeto proposto na presente invenção.

Para um melhor entendimento das características do sistema e método de acionamento propostos, e que serão mais bem detalhados a se- guir, são apresentados os valores da Tabela 1 abaixo, os quais definem os coeficientes de um compressor linear ressonante, projetado para operar em uma freqüência de ressonância mecânica de 50 Hz, para uma carga nominal de 50 W.

Tabela 1 - Coeficientes do compressor linear ressonante

Coeficiente Valor Unidade R 12,9 Ω L 0,75 H Kmt 70 V.s/m ou N/A Kmlt 81029,5 N/m Kamt 10 N.s/m m 0,821 Kg

Calculando-se os pólos do sistema elétrico e mecânico isolada- mente, e do sistema eletromecânico completo, visualiza-se a alteração nos pólos do sistema, conforme a Tabela 2 abaixo, e também a partir da figura 4.

A freqüência de ressonância mecânica é dada pelo módulo do par de pólos complexos da equação característica do sistema mecânico (314,2 rad/s ou 50 Hz). A freqüência de ressonância eletromecânica é dada pelo módulo do par de pólos complexos da equação característica do siste- ma eletromecânico (326,6 rad/s ou 51,97 Hz). Tabela 2 - Pólos do sistema elétrico, mecânico e eletro-mecânico

Sistema Pólos Real Complexo Elétrico 17,2 - Mecânico - 6,09±314,1j Eletromecânico -15,9 6,73±326,5j

Nos diagramas de Bode da função de transferência do desloca- mento e velocidade, para o sistema mecânico, tais como ilustram as figuras e 6, pode-se comprovar que na freqüência de ressonância mecânica o ga- nho é máximo. Neste caso, a fase entre o deslocamento com a corrente é de -90 graus (deslocamento e corrente estão em quadratura), e a fase da velo- cidade com a corrente é de zero grau (velocidade e corrente estão em fase).

Adicionalmente, nota-se a partir dos diagramas das figuras 7, 8 e 9, que representam, respectivamente, os diagramas de Bode das funções de transferências da corrente, do deslocamento e da velocidade, em função da tensão de entrada, que na freqüência de ressonância eletromecânico o ga- nho é máximo, conforme os ensinamentos da invenção em tela.

Ademais, é possível visualizar na figura 7 que na freqüência de ressonância mecânica o valor da corrente é mínimo, razão pela qual a efici- ência é máxima. No ponto médio entre a freqüência de ressonância mecâni- ca e a freqüência de ressonância eletromecânica, o fator de potência do atu- ador linear é máximo, pois a fase da corrente tem o menor atraso.

A freqüência de ressonância eletromecânica sempre está acima da freqüência de ressonância mecânica, e na freqüência eletromecânica a fase entre o deslocamento e a tensão de entrada está em torno de -176 graus, e a fase entre a velocidade e a tensão de entrada está em torno de - 86 graus, para os dados apresentados na Tabela 1 acima. Quanto maior for a diferença entre o pólo real e o módulo do par de pólos complexos do sis- tema eletromecânico, a defasagem do deslocamento e da velocidade tende- rá para -180 graus e -90 graus, respectivamente.

Frente ao acima exposto, é proposta a presente invenção com a finalidade primordial de fornecer uma potência máxima ao compressor linear ressonante 50, para condições de sobrecarga do sistema de refrigeração.

Tal sistema leva em conta que o compressor linear 50 compre- ende pelo menos um cilindro 2, pelo menos um cabeçote 3, pelo menos um motor elétrico e pelo menos uma mola, de modo que o cilindro 2 acomoda operativamente um pistão 1. A figura 1 mostra o referido compressor 50 e suas partes constituintes.

No que se refere a sua composição eletrônica, é possível notar com base nas figuras 10 a 13 as principais características do presente sis- tema de acionamento. Tal sistema compreende pelo menos um controle ele- trônico de acionamento 20 do motor elétrico, sendo este controle eletrônico de acionamento 20 dotado de pelo menos um circuito de controle 24 e de pelo menos um circuito de acionamento 26 associados eletricamente entre si.

As mesmas figuras mostram que o controle eletrônico de acio- namento 20 está associado eletricamente ao motor elétrico do compressor linear 50, sendo este controle eletrônico 20 composto por elemento retifica- dor, inversor (ponte inversora) e processador digital.

Uma característica bastante relevante da invenção ora reivindi- cada, frente às técnicas anteriores, refere-se ao fato de que o sistema de acionamento é particularmente configurado para detectar pelo menos uma condição de sobrecarga do compressor linear 50, através de pelo menos uma grandeza elétrica medida, ou estimada, pelo controle eletrônico de a- cionamento 20, e ajustar, a partir de um modo de controle em sobrecarga, a freqüência de acionamento do motor elétrico para uma freqüência de resso- nância eletromecânica.

A grandeza elétrica medida, ou estimada, é dada por um valor de velocidade do atuador pistão vPi, ou ainda por um valor de deslocamento de pistão dp. O controle eletrônico de acionamento 20 é capaz de acionar, conforme os ensinamentos da invenção, o motor elétrico do compressor 50 com uma tensão PWM senoidal a partir de uma amplitude e uma freqüência controlada.

Como já mencionado anteriormente, a invenção ora idealizada

tem como finalidade central a detecção de uma condição de sobrecarga do compressor linear 50, em condições nas quais se faz necessário ajustar a freqüência de acionamento do aludido motor elétrico, em um denominado modo de operação em sobrecarga, a fim de alcançar o controle desejado do sistema de refrigeração em situações de elevada demanda.

Uma primeira maneira de controlar o motor do compressor 50, nesta condição, é ilustrada na figura 16. As figuras 14 e 15 mostram dois fluxogramas orientados para detectar o modo de sobrecarga, em duas pro- postas diferentes de controle normal. Neste caso, o modo de controle de sobrecarga é configurado para ajustar a freqüência de acionamento do mo- tor elétrico tomando como base um valor de deslocamento de pistão de((t)), ou DmaxM, em relação a um deslocamento de referência máximo Dref- Ob- serve-se que a função F ilustrada na figura 14 (vide segundo bloco A[k] =F(A[k-1],Ed[k]) pode ser um controle P, Pl ou PID.

Em um segundo modo, tal como ilustra a figura 17, o controle de sobrecarga é configurado para ajustar a freqüência de acionamento do mo- tor elétrico tomando como base um valor de fase de velocidade φν do motor do compressor 50, em relação a uma fase de velocidade de referência cpref- Uma terceira forma de ajustar a freqüência de acionamento do compressor 50 consiste naquela mostrada na figura 18. Neste caso, o modo de controle de sobrecarga é configurado para ajustar a freqüência de acio- namento do motor elétrico tomando como base um valor de fase de deslo- camento (pd do motor do compressor em relação a uma fase do deslocamen- to de referência cpdREF-

Adicionalmente, a figura 19 mostra uma forma alternativa de a- justar a freqüência de acionamento do dito compressor 50. Trata-se de um modo de controle de sobrecarga configurado para ajustar a freqüência de acionamento do motor elétrico tomando como base um valor de fase de cor- rente cpc mímina.

No que tange aos modos de ajuste acima descritos, tem-se que este é dado a partir de uma diferença de fase entre o valor de deslocamento de pistão (de(t)), e um valor de fase da tensão de entrada (Vint) preferencial- mente em torno de -176° (para o compressor definido pelos parâmetros da tabela 1). De outro lado, tem-se que o ajuste de freqüência de acionamen- to é dado a partir de uma diferença de fase entre o valor de fase de veloci- dade <pv e um valor de fase da tensão de entrada Vjnt preferencialmente em torno de -86° (para o compressor definido pelos parâmetros da tabela 1).

A presente invenção tem como característica inovadora e dife- renciada, frente ao estado da técnica, um conjunto de etapas capazes de ajustar a freqüência de acionamento do compressor 50 de maneira eficiente e bastante simplificada para o modo de controle de sobrecarga previsto. Tal metodologia leva em conta o fato de que o dito compressor compreende pe- lo menos um motor elétrico, sendo este acionado por um inversor de fre- quência. O aludido método compreende, essencialmente, as seguintes eta- pas:

a-) medir ou estimar, a cada ciclo de operação Tr do compres- sor linear ressonante 50, uma freqüência de acionamento Fr, um desloca- mento máximo do pistão de(t) do compressor linear ressonante 50, e/ou a fase do deslocamento do pistão q>d e/ou a fase da velocidade do pistão cpv e/ou fase da corrente cpCl

b-) comparar o deslocamento máximo do pistão de(t) com um deslocamento de referência máximo DREf, e calcular um erro de desloca- mento Err,

c-) calcular um valor da tensão de alimentação de operação Am.

pop do motor elétrico, a partir de um valor de tensão de alimentação de ope- ração de ciclo anterior e do erro de deslocamento Err obtido no(s) passo(s) anterior(es)

d-) comparar o valor da tensão de alimentação de operação Am. pop do motor elétrico calculado no passo anterior com um valor de tensão de alimentação máximo Amax

e-) se o valor da tensão de alimentação de operação Ampop cal- culado no passo "c" for menor ou igual do que o valor da tensão de alimen- tação máximo Amax então desativar um modo de controle de sobrecarga do motor elétrico e decrementar a freqüência de acionamento Fr até um valor de freqüência de ressonância mecânica; e voltar ao passo a,

f-) se o valor da tensão de alimentação de operação Ampop calcu- lado no passo "c" for maior do que o valor da tensão de alimentação máximo Amax então ativar o modo de controle de sobrecarga e incrementar a fre- quência de acionamento Fr até uma freqüência de ressonância eletromecâ- nica.

Quanto ao primeiro modo de controle de sobrecarga, tal como i- lustrado na figura 16, pode-se afirmar que este compreende ainda as seguin- tes etapas:

n) comparar o deslocamento máximo do pistão de(t) com um va- lor de deslocamento máximo do pistão de ciclo anterior de(t-1) ao período do ciclo de operação TR;

o) caso o deslocamento máximo do pistão de(t) seja maior do que o deslocamento de pistão de ciclo anterior de(t-1), então comparar a fre- qüência de acionamento Fr com uma freqüência de acionamento de ciclo anterior Fr(H);

p) caso a freqüência de acionamento Fr seja maior do que a fre-

qüência de acionamento de ciclo anterior Fr(H)i então incrementar a fre- qüência de acionamento Fr de um valor delta de freqüência Tf e voltar ao passo a;

q) caso a freqüência de acionamento Fr não seja maior do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior FR(h), então decrementar a fre- qüência de acionamento Fr de um valor delta de freqüência Tf e voltar ao passo a;

r) caso o deslocamento máximo do pistão de(t) não seja maior do que o deslocamento máximo do pistão de ciclo anterior de(t-1), então compa- rar a freqüência de acionamento Fr com uma freqüência de acionamento de ciclo anterior FR(h);

s) caso a freqüência de acionamento Fr seja menor do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior FR(h), então incrementar a fre- qüência de acionamento Fr de um valor delta de freqüência Tf e voltar ao passo a;

t) caso a freqüência de acionamento Fr não seja menor do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior FR(h), então decrementar a fre- qüência de acionamento Fr de um valor delta de freqüência Tf e voltar ao passo a.

Vale destacar que as etapas de "n" a "t" definem um modo de

controle de sobrecarga para um valor máximo de deslocamento de pistão do compressor 50. Para o segundo modo de controle de sobrecarga, tal como mos- tra a figura 17, são previstas ainda as seguintes etapas:

n) calcular uma fase de velocidade φν do pistão do compressor

(50);

o) comparar a fase de velocidade φν ,calculada no passo anteri-

or, com um valor de fase de velocidade de referência <Pvref;

p) caso a fase de velocidade <pv seja maior do que a fase de ve- locidade de referência (Pvref então incrementar a freqüência de acionamento Fr de um valor delta de freqüência Tf e voltar ao passo a; q) caso a fase de velocidade φν não seja maior do que a fase de

velocidade de referência (Pvref então decrementar a freqüência de aciona- mento Fr de um valor delta de freqüência Tf e voltar ao passo a.

Para este segundo modo de controle, tem-se que as etapas "n" a "q" definem um modo de controle de sobrecarga do compressor 50 para um ajuste de fase da velocidade de referência em torno de -90° (-86° para o compressor definido pelos parâmetros da tabela 1).

Uma terceira maneira de ajustar a freqüência de acionamento, conforme os ensinamentos da presente invenção, e tal como ilustrada na figura 18, compreende as seguintes etapas: n) calcular uma fase de deslocamento <pd do pistão do compres-

sor 50;

o) comparar a fase de deslocamento (pd calculada no passo an- terior com um valor de fase de deslocamento de referência <Pdref;

p) caso a fase de deslocamento <Pd seja maior do que a fase de deslocamento de referência (Pdref, então incrementar a freqüência de acio- namento Fr de um valor delta de freqüência Tf e voltar ao passo a;

q) caso a fase de deslocamento q>d não seja maior do que a fase de deslocamento de referência (Pdref então decrementar a freqüência de acionamento Fr de um valor delta de freqüência Tf e voltar ao passo a. As últimas etapas "n" a "q" acima definem um modo de controle

de sobrecarga do compressor 50 para um ajuste de fase do deslocamento de referência em torno de -180° (-176° para o compressor definido pelos pa- râmetros da tabela 1).

Por sua vez, a figura 19 mostra uma quarta forma de ajustar a freqüência de acionamento do motor elétrico, composta pelas seguintes eta- pas:

n) calcular uma fase de corrente cpc do compressor 50;

o) comparar a fase de corrente cpc calculada no passo anterior com um valor de fase de corrente de ciclo anterior cpc-i ao período do ciclo de operação TR;

p) caso a fase de corrente cpc seja maior do que o valor de fase de corrente de ciclo anterior cpc-i, então comparar a freqüência de aciona- mento Fr com uma freqüência de acionamento de ciclo anterior FR(t-i);

q) caso a freqüência de acionamento Fr seja maior do que a fre- qüência de acionamento de ciclo anterior Fr(H), então incrementar a fre- qüência de acionamento Fr de um valor delta de freqüência Tf e voltar ao passo a;

r) caso a freqüência de acionamento Fr não seja maior do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior FR(t-i), então decrementar a fre- qüência de acionamento Fr de um valor delta de freqüência Tf e voltar ao passo a;

s) caso o valor da fase de corrente q>c não seja maior do que o

valor de fase de corrente de ciclo anterior φ^, então comparar a freqüência de acionamento Fr com uma freqüência de acionamento de ciclo anterior

Fr(H)!

t) caso a freqüência de acionamento Fr seja menor do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior Fr(M)1 então incrementar a fre- qüência de acionamento Fr de um valor delta de freqüência Tf e voltar ao passo a;

u) caso a freqüência de acionamento Fr não seja menor do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior FR(m), então decrementar a freqüência de acionamento Fr de um valor delta de freqüência Tf e voltar ao passo a;

Para as etapas "n" a "u" acima, é definido um modo de controle de sobrecarga do compressor 50 para uma mínima defasagem de corrente.

Vale ressaltar que, na medida em que o deslocamento do pistão alcance o valor de referência máximo e alcance novamente a freqüência de ressonância, o presente sistema e método estão configurados para sair do modo de controle de sobrecarga.

De outro lado, a presente invenção prevê um compressor linear ressonante 50 dotado do sistema de acionamento ora idealizado e do méto- do de acionamento tal como definido no objeto reivindicado.

Por fim, pode-se afirmar que o sistema e método de acionamen- to para um compressor linear ressonante 50, tais como aqueles acima des- critos, alcançam os seus objetivos na medida em que é possível aumentar a potência máxima fornecida ao referido compressor em condição de carga elevada, ou sobrecarga, para um mesmo projeto de equipamento.

Ademais, vale destacar que a invenção em tela permite uma me- Ihor conservação dos alimentos do equipamento refrigerador através do au- mento da potência máxima fornecida ao dito compressor. No mais, é possí- vel, com base nos ensinamentos da invenção, reduzir custos de fabricação do produto final, bem como aumentar a eficiência do compressor 50, na sua condição de operação nominal, levando em conta um melhor dimensiona- mento do seu atuador linear.

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

1. Sistema de acionamento para compressor linear ressonante (50), o compressor linear ressonante (50) sendo parte integrante de um cir- cuito de refrigeração, o compressor linear ressonante (50) compreendendo pelo menos um cilindro (2), pelo menos um cabeçote (3), pelo menos um motor elétrico e pelo menos uma mola, o cilindro (2) acomodando operati- vamente um pistão (1), o sistema de acionamento sendo caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um controle eletrônico de acionamento (20) do mo- tor elétrico, o controle eletrônico de acionamento (20) compreendendo pelo menos um circuito de controle (24) e pelo menos um circuito de acionamento (26) associados eletricamente entre si, o controle eletrônico de acionamento (20) sendo associado ele- tricamente ao motor elétrico do compressor linear (50), o sistema de acionamento sendo configurado para detectar pelo menos uma condição de sobrecarga do compressor linear (50), através de pelo menos uma grandeza elétrica medida, ou estimada, pelo controle ele- trônico de acionamento (20), e ajustar, a partir de um modo de controle em sobrecarga, a freqüência de acionamento do motor elétrico para uma fre- quência de ressonância eletromecânica.

2. Sistema de acionamento de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado pelo fato de que a grandeza elétrica medida, ou estimada, é da- da por um valor de velocidade de pistão (vp).

3. Sistema de acionamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a grandeza elétrica medida, ou estimada, é dada por um valor de deslocamento de pistão (dp).

4. Sistema de acionamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o modo de controle de sobrecarga é configu- rado para ajustar a freqüência de acionamento do motor elétrico tomando como base um valor de deslocamento de pistão (de(t)) em relação a um des- locamento de referência máximo (DREf).

5. Sistema de acionamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o modo de controle de sobrecarga é configu- rado para ajustar a freqüência de acionamento do motor elétrico tomando como base um valor de fase de velocidade (cpv) do motor do compressor (50) em relação a uma fase de velocidade de referência (<Pref).

6. Sistema de acionamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o modo de controle de sobrecarga é configu- rado para ajustar a freqüência de acionamento do motor elétrico tomando como base um valor de fase de deslocamento (cpd) do motor do compressor (50) em relação a uma fase de deslocamento de referência (<Pciref)·

7. Sistema de acionamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o modo de controle de sobrecarga é configu- rado para ajustar a freqüência de acionamento do motor elétrico tomando como base um valor de fase de corrente (<pc) mínima.

8. Sistema de acionamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o ajuste de freqüência de acionamento é da- do a partir de uma diferença de fase entre o valor de deslocamento de pistão (de(t)) e um valor de fase da tensão de entrada (Vint) em torno de -180°.

9. Sistema de acionamento, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o ajuste de freqüência de acionamento é da- do a partir de uma diferença de fase entre o valor de fase de velocidade (<pv) e um valor de fase da tensão de entrada (Vint) em torno de -90°.

10. Método de acionamento para compressor linear ressonante (50), o compressor linear ressonante (50) compreendendo pelo menos um motor elétrico, o motor elétrico sendo acionado por um inversor de freqüên- cia, o método de acionamento sendo caracterizado pelo fato de que com- preende as seguintes etapas: a-) medir ou estimar, a cada ciclo de operação (Tr) do compres- sor linear ressonante (50), uma freqüência de acionamento (Fr ), um deslo- camento máximo do pistão (de(t)) do compressor linear ressonante (50), e/ou a fase do deslocamento do pistão (<pd) e/ou a fase da velocidade do pistão (φν) e/ou fase da corrente (cpc), b-) comparar o deslocamento máximo do pistão (de(t)) com um deslocamento de referência máximo (DREf), e calcular um erro de desloca- mento (Err), c-) calcular um valor da tensão de alimentação de operação (Am. pop) do motor elétrico, a partir de um valor de tensão de alimentação de ope- ração de ciclo anterior e do erro de deslocamento (Err) obtido no(s) passo(s) anterior(es) d-) comparar o valor da tensão de alimentação de operação (Am. pop) do motor elétrico calculado no passo anterior com um valor de tensão de alimentação máximo (Amax) e-) se o valor da tensão de alimentação de operação (Ampop) cal- culado no passo "c" for menor ou igual do que o valor da tensão de alimen- tação máximo (Amax) então desativar um modo de controle de sobrecarga do motor elétrico e decrementar a freqüência de acionamento (Fr) até um valor de freqüência de ressonância mecânica; e voltar a o passo a, f-) se o valor da tensão de alimentação de operação (AmpOp) cal- culado no passo "c" for maior do que o valor da tensão de alimentação má- ximo (Amax) então ativar o modo de controle de sobrecarga e incrementar a freqüência de acionamento (Fr) até uma freqüência de ressonância eletro- mecânica.

11. Método de acionamento, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o modo de controle de sobrecarga compreen- de ainda as seguintes etapas: g) comparar o deslocamento máximo de pistão (de(t)) com um valor de deslocamento de pistão de ciclo anterior (de(t-1)) ao período do ciclo de operação (TR); h) caso o deslocamento máximo de pistão (de(t)) seja maior do que o deslocamento de pistão de ciclo anterior (de(t-1)), então comparar a freqüência de acionamento (Fr) com uma freqüência de operação de ciclo anterior (FR(t-i)); i) caso a freqüência de acionamento (Fr) seja maior do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior (FR(t.i)), então incrementar a fre- quência de acionamento (Fr) de um valor delta de freqüência (Tf) e voltar ao passo a; j) caso a freqüência de acionamento (Fr) não seja maior do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior (FR(t-i)), então decrementar a freqüência de acionamento (Fr) de um valor delta de freqüência (Tf) e voltar ao passo a; k) caso o deslocamento máximo de pistão (de(t)) não seja maior do que o deslocamento máximo de pistão de ciclo anterior (de(t-1)), então comparar a freqüência de acionamento (Fr) com a freqüência de aciona- mento de ciclo anterior (FR(t_i)); I) caso a freqüência de acionamento (Fr) seja menor do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior (FR(t-1)), então incrementar a freqüência de acionamento (Fr) de um valor delta de freqüência (Tf) e voltar ao passo a; m) caso a freqüência de acionamento (Fr) não seja menor do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior (Fr(M))i então decremen- tar a freqüência de acionamento (Fr) de um valor delta de freqüência (Tf) e voltar ao passo a;

12. Método de acionamento, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as etapas "g" a "m" definem um modo de con- trole de sobrecarga para um valor máximo de deslocamento de pistão do compressor (50).

13. Método de acionamento, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda as seguintes etapas: n) calcular uma fase de velocidade (cpv) do pistão do compressor (50); o) comparar a fase de velocidade (<pv) calculada no passo ante- rior com um valor de fase de velocidade de referência (cpvref); p) caso a fase de velocidade (<pv) seja maior do que a fase de velocidade de referência (cpvref) então incrementar a freqüência de aciona- mento (Fr) de um valor delta de freqüência (Tf) e voltar ao passo a; q) caso a fase de velocidade (cpv) não seja maior do que a fase de velocidade de referência ((Pvref) então decrementar a freqüência de acio- namento (Fr) de um valor delta de freqüência (Tf) e voltar ao passo a.

14. Método de acionamento, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as etapas "n" a "q" definem um modo de con- trole de sobrecarga do compressor (50) para um ajuste de fase da velocida- de de referência em torno de -90°.

15. Método de acionamento, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda as seguintes etapas: n) calcular uma fase de deslocamento (q>d) do pistão do com- pressor(50); o) comparar a fase de deslocamento (cpd) calculada no passo an- terior com um valor de fase de deslocamento de referência (cpdref); p) caso a fase de deslocamento ((pd) seja maior do que a fase de deslocamento de referência ((Pdref) então incrementar a freqüência de acio- namento (Fr) de um valor delta de freqüência (Tf) e voltar ao passo a; q) caso a fase de deslocamento (cpd) não seja maior do que a fa- se de deslocamento de referência (cpdref) então decrementar a freqüência de acionamento (Fr) de um valor delta de freqüência (Tf) e voltar ao passo a.

16. Método de acionamento, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que as etapas "n" a "q" definem um modo de con- trole de sobrecarga do compressor (50) para um ajuste de fase do desloca- mento de referência em torno de -180°.

17. Método de acionamento, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o modo de controle de sobrecarga compreen- de ainda as seguintes etapas: n) calcular uma fase de corrente (φ0) do compressor (50); o) comparar a fase de corrente (cpc) calculada no passo anterior com um valor de fase de corrente de ciclo anterior ((pc.i) ao período do ciclo de operação (TR); p) caso a fase de corrente (cpc) seja maior do que o valor de fase de corrente de ciclo anterior (cpc-i), então comparar a freqüência de aciona- mento (Fr) com uma freqüência de acionamento de ciclo anterior (FR(t.i)); q) caso a freqüência de acionamento (Fr) seja maior do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior (Fr(H))i então incrementar a fre- qüência de acionamento (Fr) de um valor delta de freqüência (Tf) e voltar ao passo a; r) caso a freqüência de acionamento (Fr) não seja maior do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior (Fr(M))i então decrementar a freqüência de acionamento (Fr) de um valor delta de freqüência (Tf) e voltar ao passo a; s) caso o valor da fase de corrente (<pc) não seja maior do que o valor de fase de corrente de ciclo anterior (<pc-i), então comparar a freqüên- cia de acionamento (Fr) com uma freqüência de acionamento de ciclo ante- rior (FR(t-1)); t) caso a freqüência de acionamento (Fr) seja menor do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior (Fr(M))1 então incrementar a freqüência de acionamento (Fr) de um valor delta de freqüência (Tf) e voltar ao passo a; u) caso a freqüência de acionamento (Fr) não seja menor do que a freqüência de acionamento de ciclo anterior (Fr(M))1 então decremen- tar a freqüência de acionamento (Fr) de um valor delta de freqüência (Tf) e voltar ao passo a;

18. Método de acionamento, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que as etapas "n" a "u" definem um modo de con- trole de sobrecarga do compressor (50) para uma mínima defasagem de corrente.

19. Compressor linear ressonante (50), caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de acionamento, como definido nas reivin- dicações 1 a 9, e um método de acionamento, como definido nas reivindica- ções 10 a 18.