ES2324997T3 - Metodo para controlar y accionar una bomba para electrodomesticos. - Google Patents
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Abstract
Método para controlar y accionar una bomba de descarga síncrona para electrodomésticos, accionada mediante un motor eléctrico síncrono que incluye un rotor (3) de imán permanente y asociada a un dispositivo (10) electrónico que recibe en su entrada una señal (5) de sincronización de la tensión (V) de suministro del motor y al menos una segunda señal (7) que es proporcional a la intensidad (I) suministrada al motor; que comprende: - medir dicha tensión (V) de suministro del motor; - medir dicha intensidad (I) suministrada al motor; - calcular el ángulo (gamma) de desplazamiento de fase entre dicha tensión (V) y dicha intensidad (I) aplicadas a dicho motor (3) síncrono; - evaluar la estabilidad de dicho ángulo (gamma) de desplazamiento de fase en un periodo de tiempo conveniente y usar tal estabilidad como un índice de una operación de bomba de carga completa estable; - interrumpir la operación de bomba durante un corto periodo de tiempo en caso de inestabilidad medida de dicho ángulo (gamma) de desplazamiento de fase correspondiente a un modo de operación de carga parcial.
Description
Método para controlar y accionar una bomba para
electrodomésticos.
La presente invención se refiere, en su aspecto
más general, a una bomba de descarga síncrona, es decir, una bomba
accionada mediante un motor eléctrico síncrono con un rotor de imán
permanente, en particular del tipo incorporado en un
electrodoméstico.
Más específicamente, la invención se refiere a
un método para controlar y accionar una bomba para
electrodomésticos, accionada mediante un motor eléctrico síncrono
que incluye un rotor de imán permanente y asociada a un controlador
electrónico que recibe en su entrada una señal de sincronización de
la tensión de suministro del motor y al menos una segunda señal que
es proporcional a la intensidad suministrada al motor.
La invención además se refiere a un dispositivo
electrónico para controlar y accionar una bomba para
electrodomésticos, accionada mediante un motor eléctrico síncrono
que incluye un rotor de imán permanente, incluyendo dicho
dispositivo un controlador electrónico que recibe en su entrada una
señal de sincronización de la tensión de suministro del motor y al
menos una segunda señal que es proporcional a la intensidad
suministrada al motor.
Se conoce ampliamente que algunos
electrodomésticos, tal como lavadoras y lavavajillas, están dotados
de bombas que sirven para descargar hacia fuera fluidos que
comprenden agua y deshechos de lavado.
Estos fluidos no se acumulan de una forma
constante y predecible según los programas de lavado; por
consiguiente, a menudo ocurre que las bombas de descarga se hacen
funcionar durante un tiempo predeterminado, descargando líquidos
así como aire y agentes formadores de espuma. En esencia, la bomba
de descarga puede funcionar aspirando una mezcla de
aire-agua.
Durante el periodo de tiempo en el que se
produce este tipo de operación, el ruido producido por la bomba
aumenta considerablemente.
Para tratar de solucionar este inconveniente, la
técnica anterior sugiere aplicar circuitos de control electrónico a
las bombas que puedan controlar la operación de las mismas en
condiciones críticas. Aunque resultan ventajosas desde diferentes
puntos de vista, las soluciones conocidas presentan algunos
inconvenientes.
Por ejemplo, una solución conocida se da a
conocer en el documento EP 0 629 037, no obstante en ese documento
sólo hay enseñanzas para controlar un motor asíncrono sometido a una
condición de velocidad variable y no se proporciona ninguna
estipulación para resolver el problema de modo de operación de carga
parcial en bombas accionadas mediante motores síncronos.
Además, la urgente demanda de reducción de
costes impone el uso de componentes simples y no muy caros, que no
obstante pueden garantizar una fiabilidad de operación y una larga
vida de servicio de la bomba.
El problema subyacente de la presente invención
es proporcionar un método y un dispositivo electrónico para
controlar y accionar una bomba síncrona, en particular para
electrodomésticos, que tiene características estructurales y
funcionales del tipo que permite que todos los inconvenientes
mencionados con referencia a la técnica anterior se superen de forma
simple y económica.
El problema técnico se resuelve mediante un
método definido en la reivindicación 1.
Las otras características y las ventajas del
método y dispositivo electrónico de la invención serán más evidentes
a partir de la descripción de una realización de la misma,
proporcionada a continuación en el presente documento con referencia
a los dibujos adjuntos proporcionados a modo de ejemplo indicativo y
no de limitación.
- La figura 1 muestra esquemáticamente una
primera realización de un dispositivo electrónico para controlar
una bomba de descarga, accionada mediante un motor eléctrico
síncrono de imán permanente y usado en un electrodoméstico, según la
técnica anterior;
- las figuras 2 y 3 muestran esquemáticamente
dos diagramas vectoriales de la tensión V, de la intensidad I
absorbida por el motor en dos condiciones de operación diferentes,
es decir, dos diagramas con ángulo de carga diferente y, en
consecuencia, desplazamiento de fase diferente;
- la figura 4 muestra esquemáticamente una
segunda realización del dispositivo de control electrónico, según
la técnica anterior.
- La figura 5 muestra esquemáticamente un
dispositivo electrónico para controlar una bomba de descarga,
accionada mediante un motor eléctrico síncrono de imán permanente y
usado en un electrodoméstico, según la presente invención.
- Las figuras 6 y 7 definen la lógica de
operación del dispositivo electrónico de la figura 5.
- Las figuras 8 y 9 muestran gráficas procesadas
mediante el dispositivo electrónico de la figura 5;
- la figura 10 es una vista esquemática en
perspectiva de una bomba de descarga que incorpora un dispositivo
de control electrónico según la invención.
Una bomba síncrona puede funcionar aspirando una
mezcla de aire-agua y durante tal periodo de tiempo
en el que se produce este tipo de operación el ruido producido por
la bomba aumenta considerablemente.
En la práctica, tan pronto como se produce un
estado de operación con aspiración de mezcla de
aire-agua, el dispositivo de control electrónico
que acciona la bomba puede interrumpir la operación de bomba
mediante interrupción de la operación del motor eléctrico síncrono
durante un corto periodo. Este corto periodo de interrupción puede
estar predeterminado y puede depender del electrodoméstico en el que
está instalada la bomba.
La interrupción puede durar incluso unos pocos
segundos, después de que se reinicie la bomba suponiendo que,
mientras tanto, se ha acumulado una cantidad considerable de
líquido, que es suficiente para evitar la operación de carga
parcial, que es ruidoso y también inestable.
Hay modos de operación diferentes dependiendo
del tipo de electrodoméstico. El dispositivo de control electrónico
de la presente invención puede reconocer el estado de operación
aire-agua y, por consiguiente, puede interrumpir la
operación de bomba.
La figura 1 muestra esquemáticamente una primera
realización de un dispositivo electrónico que muestra cómo se
controla la etapa de arranque del motor síncrono según una señal de
sincronización de red y una señal proporcionada mediante un sensor
de posición de rotor de efecto Hall.
Según se muestra en la figura 1, un dispositivo
de control electrónico, el controlador 1, recibe en su entrada una
señal 4 que proviene de un sensor 2 de posición de rotor del motor
3, y una señal 5 de sincronización de red. El controlador 1 acciona
un interruptor 6 de potencia estático, por ejemplo un TRIAC que está
conectado en serie a uno de los devanados del estátor.
El sensor 2 de posición, que en el caso de un
motor síncrono de imán permanente puede ser de forma muy conveniente
un sensor de efecto Hall, proporciona un ángulo que coincide,
excepto en una constante, con el ángulo \partial de carga.
Por ejemplo, usando un sensor 2 Hall digital,
puede medirse el paso del pico de flujo magnético del rotor.
Conociendo que este último está retardado 90º con respecto a la
fuerza contraelectromotriz, el ángulo \partial de carga puede
determinarse con precisión como desplazamiento de fase entre la
tensión aplicada a los terminales del motor 3. Esta tensión se
conoce por medio de la señal S de sincronización de red.
Así, el ángulo \partial de carga se determina
mediante el controlador 1 tomando como referencia la señal 5 de
sincronización de red que es una señal de onda cuadrada, con flancos
de subida y de bajada que coinciden con los pasos por cero de la
tensión de suministro.
Las figuras 2 y 3 muestran dos diagramas
vectoriales de la tensión V, de la intensidad I y de la fuerza E
contraelectromotriz, relativos a dos condiciones de operación
diferentes en las que el ángulo \partial de carga es
diferente.
La figura 2 muestra esquemáticamente un diagrama
vectorial que permite una mejor comprensión de los cálculos
realizados en el controlador 1.
X indica la inductancia de devanado de
estátor;
R es la resistencia de estos devanados;
I es la intensidad de suministro;
V es la tensión de suministro;
\partial es el ángulo de carga;
\varphi es el desplazamiento de fase entre la
tensión de suministro y la intensidad;
Eo es la fuerza contraelectromotriz.
La figura 3 muestra el mismo diagrama pero
relativo a una condición de operación diferente con un ángulo de
carga diferente.
En la práctica, con el dispositivo electrónico
de la figura 1, es fácil detectar la operación
aire-agua, debido a que el ángulo \partial de
carga varía considerablemente con respecto a la operación
normal.
Los modos de operación diferentes que van a
identificarse son muy distintos; por ejemplo, una operación de
carga completa y una operación aire-agua habituales,
para poder así apagar la bomba en el último caso para evitar ruidos
inútiles.
Durante estas dos operaciones diferentes,
incluso en diversas condiciones de tensión y de predominio, se
obtienen ángulos \partial de carga muy diferentes, que explican
variaciones más razonables, pero aún así significativas, del ángulo
\varphi de desplazamiento de fase entre la tensión V y la
intensidad I, según se muestra en los diagramas de las figuras 2 y
3.
Basándose en las consideraciones anteriores, es
posible construir un dispositivo electrónico que está dispuesto sólo
para leer el ángulo \varphi de desplazamiento de fase entre la
tensión V y la intensidad I, según se muestra esquemáticamente en la
figura 4.
Después de todo, el ángulo \varphi de
desplazamiento de fase entre la señal 5 de sincronización y una
señal 7 de intensidad, convenientemente adoptadas y a las que se
les da forma cuadrada, se mide por medio de un sensor 8.
Siendo posible equipar al controlador 1 con
medios lógicos y/o de cálculo, es aconsejable comparar la
estabilidad de medición de dicho desplazamiento de fase en un
periodo de tiempo conveniente de modo que sea un índice de una
operación de bomba de carga completa estable o, en caso de una
posible inestabilidad, sea un índice de una operación de bomba
aire-agua segura.
Una posibilidad adicional, que puede usarse
también para obtener una confirmación, es así resultado de
identificar la diferencia entre los dos estados tratados, lo que
permite que se alcance el modo de operación deseado. La bomba
funciona de forma silenciosa y con carga completa y se apaga cuando
una cantidad de aire determinada se acumula en la espiral de la
bomba; después de un tiempo determinado, cuando la cantidad de agua
es suficiente para descargar de forma estable y silenciosa, se
reinicia la bomba.
Se proporciona a continuación, con referencia
particular a las figuras 5 a 10, otro dispositivo electrónico
fabricado según la presente invención, para controlar una bomba 15
de descarga accionada mediante un motor 3 eléctrico síncrono de
imán permanente e incorporado en un electrodoméstico (no mostrado en
las figuras). Este dispositivo electrónico se describe en detalle a
continuación en el presente documento y se indica globalmente
mediante 10.
Como se vio anteriormente con referencia a la
figura 1, el dispositivo 10 comprende al menos un controlador 1 que
recibe en su entrada una señal 5 de sincronización de la tensión V
de red de suministro del motor 3 y al menos una segunda señal 7 que
es proporcional a la intensidad absorbida por el motor, para
accionar en su salida un interruptor 6 que está conectado en serie
a uno de los devanados del motor.
De forma ventajosa según la presente invención
el interruptor 6 está fabricado con un interruptor bidireccional, en
particular un dispositivo 11 que comprende un puente de cuatro
diodos.
En esencia, el Triac 6 se sustituye por un
interruptor bidireccional, por ejemplo un dispositivo tiristor como
elemento central de un puente de diodos de potencia.
La evidente mayor complejidad se compensa
mediante la inferior intensidad de puerta requerida por el
dispositivo 11 tiristor realiza la conmutación. Esto es una ventaja
importante para el suministro auxiliar más económico.
El dispositivo 11 tiristor presenta de forma
ventajosa un coste global que es inferior o igual a otro tipo de
interruptor, aunque también ofrece la posibilidad de presentar una
señal de paso por cero de intensidad unívoca y clara, evitando así
bloques de control de señal complejos y/o altamente amplificados,
que son, entonces, más delicados desde el punto de vista de los
ruidos, como en los dispositivos de la técnica anterior.
Merece la pena observar que dos circuitos
diferentes según el sentido de la intensidad intervienen en el
dispositivo 11.
Esta característica distintiva se describirá a
continuación en mayor detalle.
Examinando, gracias a la figura 6, la señal Va
de tensión con respecto a la señal Vb de tensión, según se muestra
en ambas figuras 6 y 7, se producen dos situaciones de operación con
dos tensiones muy diferentes.
Con intensidad positiva (figura 6)
Va - Vb = Vd +
Vscr
donde Vd es la caída por conducción
directa de uno de los diodos de puente y Vscr es la caída por
conducción directa de
tiristor.
\newpage
Se obtienen valores de aproximadamente 1,3/2 V,
según los componentes que están usándose.
Con intensidad negativa (figura 7)
Va - Vb =
-Vd
y se obtiene un valor de
aproximadamente -0,6/1
V.
Los diagramas de las figuras 8 y 9 muestran las
gráficas de las cantidades tensión e intensidad de red y valores de
sincronización correspondientes (tensión de red de forma cuadrada) e
intensidad (Va - Vb que acaba de describirse).
Como puede observarse, son señales unívocas que
están perfectamente en fase con las cantidades a las que se
refieren y a partir de las que el ángulo \varphi de fase entre la
tensión V de suministro y la intensidad I puede calcularse de forma
sencilla.
Las amplitudes de estas señales pueden
procesarse directamente mediante lógicas de baja tensión que están
disponibles en el mercado (1,8 V).
El valor de onda de forma cuadrada de la señal 7
de intensidad con intensidad de sentido positivo puede ser mayor
añadiendo en serie una resistencia u otra conexión conveniente,
según las necesidades.
Este variación no invalida el valor de
intensidad con intensidad de sentido negativo.
La ventaja principal conseguida mediante el
dispositivo electrónico según la presente invención son sus poco
habituales simplicidad, fiabilidad y coste extremadamente bajo.
El interruptor 11 no es un Triac y, entonces, la
aplicación no debe experimentar un ensayo de fallos del tipo de
"modo diodo".
Si, no obstante, hubiera de realizarse el ensayo
de "modo diodo", no produciría condiciones de operación
peligrosas debido simplemente a la presencia del dispositivo 11;
debido a que el motor se mantendría en operación debido a que se
proporcionarían ambas semiondas y no se produciría ninguna condición
de calentamiento particular.
Además, el dispositivo 11 es adecuado para
fabricarse de forma monolítica junto con el controlador 1 como un
circuito integrado con clavijas de control que se conectan
directamente al motor. En este caso, podrían realizarse ensayos de
fallos de cortocircuito o de circuito abierto; ambas situaciones no
serían, no obstante, peligrosas, debido a que el motor funcionaría
o se bloquearía según el caso, sin cruce de potencia.
Con una solución de este tipo, es posible
fabricar, cumpliendo las normas, una bomba sin protector térmico,
es decir, que examina, si es necesario, un fallo cada vez.
La protección térmica podría incluso eliminarse
si pudiera controlarse también el ensayo de fallos de "rotor
bloqueado": en este caso el controlador 1 puede detectar el rotor
bloqueado a través del desplazamiento de fase entre tensión e
intensidad, entonces, a través del desplazamiento de fase anómalo
entre las señales 5 y 7 de sincronización e intensidad, con rotor
bloqueado.
No obstante, según las necesidades, es posible
proporcionar una protección térmica también para el dispositivo
según la invención. Por ejemplo, si para algunas aplicaciones el
desplazamiento de fase fuera similar a condiciones de operación
normal, por medio de un simple sensor térmico de bajo coste, montado
opcionalmente sobre la misma placa 18 de cubierta del dispositivo
tiristor, el controlador 1 podría adoptar el estado peligroso y
detener el suministro.
Por ejemplo, según se muestra en la figura 10,
una placa 18 de cubierta y de suministro del dispositivo 11 puede
proporcionarse en un rebaje formado entre dos devanados del motor.
Sobre esta placa 18 el sensor térmico podría alojarse en el lado
opuesto con respecto al dispositivo 11, garantizando no obstante una
protección térmica suficiente de la bomba.
Debido a que el controlador 1 es un circuito
integrado de lógica aritmética, es posible también explotar la
capacidad de cálculo del mismo para realizar controles redundantes
para garantizar la seguridad de operación.
El dispositivo 10 electrónico para controlar una
bomba de descarga síncrona según se describió anteriormente puede
experimentar algunas modificaciones, todas dentro del alcance de los
expertos en la técnica y que se encuentra dentro del alcance de la
protección de la presente invención, según se define en las
siguientes reivindicaciones.
Claims (9)
1. Método para controlar y accionar una bomba de
descarga síncrona para electrodomésticos, accionada mediante un
motor eléctrico síncrono que incluye un rotor (3) de imán permanente
y asociada a un dispositivo (10) electrónico que recibe en su
entrada una señal (5) de sincronización de la tensión (V) de
suministro del motor y al menos una segunda señal (7) que es
proporcional a la intensidad (I) suministrada al motor; que
comprende:
- -
- medir dicha tensión (V) de suministro del motor;
- -
- medir dicha intensidad (I) suministrada al motor;
- -
- calcular el ángulo (\varphi) de desplazamiento de fase entre dicha tensión (V) y dicha intensidad (I) aplicadas a dicho motor (3) síncrono;
- -
- evaluar la estabilidad de dicho ángulo (\varphi) de desplazamiento de fase en un periodo de tiempo conveniente y usar tal estabilidad como un índice de una operación de bomba de carga completa estable;
- -
- interrumpir la operación de bomba durante un corto periodo de tiempo en caso de inestabilidad medida de dicho ángulo (\varphi) de desplazamiento de fase correspondiente a un modo de operación de carga parcial.
2. Método según la reivindicación 1, en el que
dicha inestabilidad medida corresponde a un estado de operación
aire-agua reconocido de dicha bomba.
3. Método según la reivindicación 1, en el que
dicho ángulo (\varphi) de desplazamiento de fase se obtiene
mediante una medida de ángulo (\partial) de carga detectado
mediante un sensor (2) digital.
4. Método según la reivindicación 3, en el que
dicho sensor (2) digital es un sensor de efecto Hall.
5. Método según la reivindicación 1, en el que
dichas fases de medición se realizan mediante dicho dispositivo
(10) electrónico que incluye un controlador (1) electrónico con
unidades lógicas y/o de cálculo.
6. Dispositivo (10) electrónico para controlar y
accionar una bomba de descarga síncrona para electrodomésticos,
accionado mediante un motor eléctrico síncrono que incluye un rotor
(3) de imán permanente, incluyendo dicho dispositivo un controlador
(1) electrónico que recibe en su entrada una señal (5) de
sincronización de la tensión (V) de suministro del motor y al menos
una segunda señal (7) que es proporcional a la intensidad (I)
suministrada al motor; que comprende:
- -
- medios para medir dicha tensión (V) de suministro del motor;
- -
- medios para medir dicha intensidad (I) suministrada al motor;
- -
- una unidad de procesamiento para calcular el ángulo (\varphi) de desplazamiento de fase entre dicha tensión (V) y dicha intensidad (I) aplicadas a dicho motor (3) síncrono;
caracterizado porque además comprende
- -
- medios de comparador para comprobar la estabilidad de dicho ángulo (\varphi) de desplazamiento de fase en un periodo de tiempo conveniente y proporcionar una señal de estabilidad como un índice de una operación de bomba de carga completa estable;
- -
- un interruptor de potencia conectado en serie a un devanado del motor síncrono y accionado mediante dicho controlador (10) que interrumpe la operación de bomba durante un corto periodo de tiempo en caso de inestabilidad medida de dicho ángulo (\varphi) de desplazamiento de fase correspondiente a un modo de operación de carga parcial.
7. Dispositivo electrónico según la
reivindicación 6, caracterizado porque dicho interruptor de
potencia es un interruptor (11) bidireccional.
8. Dispositivo electrónico según la
reivindicación 7, caracterizado porque dicho interruptor (11)
bidireccional comprende un puente de diodos.
9. Dispositivo electrónico según la
reivindicación 7, caracterizado porque dicho interruptor (11)
bidireccional es del tipo interruptor tiristor.
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