BR102012018390B1

BR102012018390B1 - método para partida de um motor elétrico síncrono monofásico e dispositivo eletrônico

Info

Publication number: BR102012018390B1
Application number: BR102012018390-0A
Authority: BR
Inventors: Elio Marioni
Original assignee: Askoll Holding S.R.L.
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2020-11-24
Also published as: KR20130012561A; MX2012008607A; BR102012018390A2; KR101945888B1; CN102904510A; CN102904510B

Abstract

MÉTODO PARA PARTIDA DE UM MOTOR ELÉTRICO SÍNCRONO MONOFÁSICO E DISPOSITIVO ELETRÔNICO. Método para partida de um motor elétrico síncrono monofásico de ímã permanente de implementação simples e custo reduzido, cujo dito motor elétrico compreende um rotor de ímã permanente e um estator fornecido com enrolamentos conectados a uma rede elétrica por meio de uma chave; cujo dito método compreende as seguintes etapas: uma primeira tentativa de partida (100) na qual os enrolamentos são alimentados por corrente com um ou mais impulsos iniciais de partida que são gerados somente durante o meio período de uma polaridade primária da tensão da rede elétrica; uma primeira etapa de controle (200) na qual é detectado se uma condição de partida foi obtida durante a primeira tentativa de partida (100); no caso da dita etapa de controle inicial (200) não detectar que a condição de partida foi obtida sem o termo da primeira tentativa de partida (100), uma segunda tentativa de partida (300) na qual os enrolamentos são alimentados por corrente com um ou mais impulsos de partida secundários que são gerados somente durante meio período de uma segunda polaridade, o oposto da primeira polaridade, da tensão da rede elétrica.

Description

MÉTODO PARA PARTIDA DE UM MOTOR ELÉTRICO SÍNCRONO MONOFÁSICO E DISPOSITIVO ELETRÔNICO

[001] A presente invenção refere-se, no seu mais geral aspecto, em um método para dar partida em um motor elétrico síncrono monofásico de ímã permanente, bem como a um dispositivo eletrônico capaz de ser associado com um motor elétrico para implementar o dito método de partida.

[002] Em específico, o método refere-se à partida de um motor elétrico síncrono monofásico usado em aplicações caracterizadas por uma grande necessidade de redução de custo e volume. Por exemplo, referem-se à partida de motores elétricos usados em aparelhos domésticos como máquinas de lavar roupa e máquinas de lavar louça.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Conforme conhecido, motores síncronos, enquanto se beneficiam de uma alta eficiência energética e excelente estabilidade de velocidade de operação tem uma desvantagem substancial ligada a sua dificuldade na partida.

[004] De fato, durante a etapa de partida o rotor deve ser levado da velocidade zero a uma condição de frequência de acoplamento com a fonte de fornecimento de energia da máquina. Na prática, a fim de permitir a dita frequência de acoplamento, o fornecimento de técnicas mecânicas e/ou eletrônicas são adotadas, as quais com certeza envolvem um substancial custo de produção e instalação.

[005] Quando, por um lado adaptações mecânicas, também quando amplamente aplicadas, leva a problemas de eficiência e barulho, por outro lado sistemas eletrônicos geralmente têm custos altos, mas grande dependência.

[006] Em específico os circuitos eletrônicos consistem em inversor e pulsador, o qual poderia permitir a frequência e a amplitude de onda da tensão de rede ser facilmente alterada, alterando-as durante a etapa de partida, são excessivamente onerosos e inadequados para o controle de motores elétricos síncronos monofásicos de baixa potência que são preferencialmente empregados em aparelhos elétricos por razões de seus baixos custos.

[007] Métodos de partida são, portanto adotados o qual são baseados em circuitos de baixo custo, empregando, por exemplo, uma chave para transformar a corrente alternada que alimenta a fase do motor em uma rampa de impulso de partida do mesmo sinal destinado a dar partida na rotação inicial do rotor.

[008] Em uma solução desse tipo é, no entanto necessário saber a posição inicial do rotor a fim de determinar qual sinal poderia ser atribuído para os impulsos de partida. De fato, o rotor de um motor de ímã permanente síncrono monofásico pode ocupar duas posições diferentes de repouso, separado por uma meia volta em casos típicos de máquinas de 2 polos; na primeira posição o rotor é incitado por impulsos de corrente negativa, na posição oposta por impulsos de corrente positiva.

[009] A posição inicial do rotor pode ser determinada por meio de uma posição do sensor, por exemplo, por um sensor de efeito Hall que lê um campo magnético que é definido localmente pelos ímãs do rotor. Essa solução, no entanto requer o uso de um componente adicional e é relativamente cara.

[0010] Uma solução mais econômica que não requer um sensor de posição é descrita na patente EP 0 945 973. Essa patente propõe que a rampa de impulso de partida acima mencionada seja precedida por uma breve série de impulsos de alinhamento de sinais opostos, destinados a trazer o rotor em uma posição de partida pré-definida. De fato, em casos onde o rotor é localizado em posição de descanso que é diferente da posição de partida pré-definida, os impulsos o farão girar; no caso oposto eles não terão nenhum efeito. A rampa de partida subsequente, portanto determina a partida na base dessa posição pré-definida.

[0011] A fim de que o método descrito na patente EP 0 945 973 funcione corretamente é necessário que o número e amplitude dos impulsos sejam determinados com grande precisão para que produzam a rotação desejada do rotor (180° no caso típico de uma máquina de dois polos). Em aplicações atuais vários fatores de incerteza interferem, por exemplo, variações imprevistas de carga ou flutuações na tensão da rede elétrica que forma também um desvio substancial dos parâmetros do projeto. Como resultado dessas ocorrências de casos de desvio no qual os impulsos de alinhamento não preenchem seu propósito: ou porque sua intensidade é insuficientemente alta para empurrar o rotor para a posição pré-definida ou, no contrário, porque sua intensidade é muito alta e o rotor ultrapassa a posição pré-definida para voltar a posição original. Ambas circunstâncias implicam em uma falsa partida do motor.

[0012] O problema técnico que forma a base da presente invenção é, portanto, desenvolver um método de partida e um respectivo dispositivo eletrônico para sua implementação que permite a partida de um motor síncrono monofásico de ímã permanente com baixos custos de produção e instalação, enquanto ao mesmo tempo elimina o problema da partida falsa observado com o método proposto na patente EP 0 945 973.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[0013] O problema técnico supracitado é resolvido por um método para partida em um motor elétrico síncrono monofásico que compreende um rotor de ímã permanente e um estator fornecido com enrolamentos conectados a uma rede elétrica por meio de uma chave.

[0014] Esse método compreende as seguintes etapas:
uma primeira tentativa de partida na qual os enrolamentos são alimentados por corrente com um ou mais impulsos iniciais de partida que são gerados somente durante o meio período de uma polaridade primária da tensão da rede elétrica;
uma primeira etapa de controle na qual é detectado se uma condição de partida foi obtida durante a primeira tentativa de partida;
no caso da dita primeira etapa de controle não detectar que a condição de partida foi obtida na duração da primeira tentativa de partida, uma segunda tentativa de partida na qual os enrolamentos são alimentados por corrente com um ou mais impulsos de partida secundários que são gerados somente durante meio período de uma segunda polaridade, o oposto da primeira polaridade, da tensão da rede elétrica.

[0015] A lógica de controle descrita acima, também capaz de ser acionado no modo sem sensores com componentes de baixo custo permite partida simples e efetiva de um motor elétrico síncrono monofásico.

[0016] De fato, as duas tentativas de partida consecutivas asseguram que o rotor é ligado em ambas posições de descanso possíveis, sem a necessidade de um sensor de posição estar presente para detectar a posição na qual o rotor se encontra.

[0017] Além disso, a ausência da etapa crítica do alinhamento do rotor permite partidas falsas devido à calibragem incorreta dos impulsos de alinhamento, a ser evitada.

[0018] A condição de partida cuja obtenção é detectada no decorrer da primeira etapa de controle pode ser vantajosamente representada pelo excedente de um limiar de controle por um sinal de força contra eletromotriz.

[0019] Um sinal de força contra eletromotriz pode ser facilmente obtido sem a ajuda de sensores, por exemplo, conforme a diferença entre a tensão da rede elétrica e a tensão através da chave nos períodos no qual a corrente de alimentação para os enrolamentos é zero. A condição de corrente zero pode ser avaliada tendo certeza que a tensão através da chave é suficientemente diferente de zero ou então através de uma resistência de derivação.

[0020] Pode-se notar que uma vez que as tentativas de partida estão predispostas a superar a redução do torque de endentamento, o limiar de força contra eletromotriz é escolhido de tal modo que se estabiliza em uma fase transicional subsequente a operação síncrona (com a lógica de controle específica descrito mais tarde) em um ângulo de rotação do rotor que é igual ao ângulo subentendido entre dois eixos interpolares sucessivos do estator. No caso específico de um motor monofásico com dois polos, a lógica de controle é assim iniciada dentro dos primeiros 180° de rotação do motor.

[0021] Em particular pode ser vantajosamente estabelecido que a lógica de controle será implementada quando a força contra eletromotriz exceder um limiar entre 10% e 20% do valor do pico de força contra eletromotriz na velocidade operacional.

[0022] No método acima mencionado os impulsos de partida iniciais são preferencialmente uma pluralidade, e a primeira etapa de controle pode incluir nesse caso a detecção se a condição de partida foi alcançada após cada impulso de partida.

[0023] Dessa maneira pode-se rapidamente interromper a progressão de impulsos, comutando para um modo de controle que é mais adequado ao estado cinemático do rotor na fase de transição sucessiva.

[0024] Os impulsos de partida iniciais e os impulsos de partida secundários podem ser uma pluralidade de impulsos de intensidade progressivamente crescente (modulada, por exemplo, através de controle de fase) para definir uma rampa que reage ao torque de endentamento na primeira fase de partida do rotor.

[0025] É preferível que o método compreenda uma etapa de espera que divide a primeira tentativa de partida da segunda tentativa de partida, a dita etapa de espera tendo duração suficiente para ter certeza da estabilização do rotor.

[0026] Na realidade, mesmo se a primeira tentativa de partida agir de acordo com o rotor orientado de tal modo que não possa ser iniciado pela polaridade dos impulsos empregados, esses podem ainda causar oscilações ao redor da posição de descanso que são mais bem arrefecidas antes da próxima tentativa de partida.

[0027] Além disso, os primeiros impulsos de partida devem ser configurados em número e intensidade de tal modo que iniciem o rotor superando o torque de endentamento caso o rotor se encontrar em uma primeira posição de descanso, mas sem mudança de posição do rotor caso se encontre na segunda posição de descanso.

[0028] O método pode vantajosamente compreender uma segunda etapa de controle na qual é detectada a possível obtenção das condições de partida no decorrer da segunda tentativa de partida. A etapa de aplicação da lógica de controle do motor elétrico até um estado síncrono é obtida, é portanto ativada mediante a detectação da condição de partida pela primeira ou segunda etapa de controle.

[0029] Essa lógica de controle pode empregar duas condições para chavear de modo a assegurar que a circulação de corrente nos enrolamentos é principalmente (ou seja, maior parte do tempo) do mesmo sinal da força contra eletromotriz gerada pelo motor elétrico.

[0030] Desse ponto em diante devemos explicar brevemente porque tal sinal assegura boa partida do motor elétrico.

[0031] O torque de acionamento Cm desenvolvido instantaneamente pela corrente nos enrolamentos é dado pelo produto:
CM = i(t).Φ.sin(θ(t))
onde Φ é o valor de pico do fluxo induzido pelo ímã nos enrolamentos e θ é o deslocamento angular do rotor.

[0032] Por outro lado, a força contra eletromotriz é:
fcem = -Φωm · sin(θ(t))
então:
CM . ωm= fcem.i(t)

[0033] A fim de obter um valor de torque Cm de acordo com a velocidade de rotação ωm, ou seja, assegurar um torque de acionamento e não um torque de frenagem durante a partida, dessa forma é necessário, conforme declarado acima para a circulação de corrente nos enrolamentos terem o mesmo sinal como a força contra eletromotriz.

[0034] A primeira condição para ligar a chave é verificada quando um sinal de força contra eletromotriz detectada tem o mesmo sinal conforme um sinal de tensão de rede elétrica, enquanto que uma segunda condição é verificada quando a dita força contra eletromotriz tem o mesmo sinal conforme seu primeiro valor derivativo.

[0035] Além disso, dado que a lógica de controle descrita acima controla somente as condições para ligar a chave, para sua implementação a chave usada pode ser uma simples chave TRIAC, a qual interrompe a conexão elétrica no momento que a corrente passar por zero.

[0036] Uma lógica de controle mais elaborada, por outro lado necessita de uma chave de modo a permitir a interrupção da corrente que compreende uma condição para desligar a chave quando existe uma diferença no sinal entre corrente e força contra eletromotriz, bem como circuitos adequados para absorver a energia dissipada na indutância dos enrolamentos do estator. Tal lógica também poderia exigir a aquisição do sinal de corrente e a estimativa da força contra eletromotriz, através da implementação de circuitos complexos, também nos momentos em que a corrente circula nos enrolamentos.

[0037] Na verdade, no entanto, a segunda condição da lógica de controle de acordo com a presente invenção previne situações com corrente do estator que é diferente da força contra eletromotriz, criando a condição desligada da chave excedente e simplificando substancialmente a arquitetura de controle e sua implementação.

[0038] A verificação da dita primeira condição pode ser facilmente implementada por aplicação de uma operação lógica XNOR para um sinal quadrado da força contra eletromotriz e para um sinal de sincronização da rede elétrica.

[0039] A segunda condição também pode ser facilmente verificada por aplicação de uma operação lógica XNOR para um sinal quadrado da força contra eletromotriz e para um sinal quadrado do primeiro derivativo da força contra eletromotriz.

[0040] De maneira alternativa, a primeira e a segunda condição podem ser simultaneamente verificadas por aplicação de uma operação lógica XNOR entre o sinal de sincronização da rede elétrica e um segundo sinal quadrado, obtido da soma entre o sinal da força contra eletromotriz e o sinal de seu primeiro derivativo adequadamente dimensionado.

[0041] Uma vez que o primeiro derivativo da força contra eletromotriz está antes dessa, o quadrado da soma dos dois sinais também está antes do sinal quadrado somente da força contra eletromotriz; o dito avanço aumenta com a escala de fatores atribuídos ao primeiro derivativo; o limiar do valor ao quadrado também torna possível atrasar a extremidade ascendente e trazer para frente à extremidade descendente, com somente dois parâmetros é dessa forma possível definir o intervalo no qual a condição ligada é permitida, de acordo com os requisitos da situação (momento de inércia, carga hidráulico-mecânica, risco de desmagnetização...).

[0042] A comutação da chave pode ser antecipada em relação à ocorrência da primeira condição da lógica de controle e é possível para a chave ser levemente ligada antes do momento que a força contra eletromotriz muda sinal indo pegar o mesmo sinal que a tensão de rede.

[0043] Tal solução é possível considerando a ligação do torque com o seno do ângulo de posição do rotor e o atraso do sinal de corrente em relação ao sinal de tensão no circuito ôhmico indutivo representado pelos enrolamentos do estator. Ao mesmo tempo a posição do ângulo é oposta e o torque de frenagem é insignificante. A comutação da chave antecipadamente, no entanto fornece o circuito com mais tempo para permitir que a corrente cresça, de modo a explorar a dita corrente quando o seno do ângulo de posição tornou-se praticamente o mesmo.

[0044] A fim de evitar a segunda condição de inibição a ligação da chave em caso de diminuição de velocidade local devido ao torque de endentamento ou da carga do motor, é possível reduzir a segunda condição supracitada permitindo que a chave seja ligada mesmo quando o valor de pico do sinal da força contra eletromotriz coincide com a última variação no sinal do primeiro derivativo que tem um módulo abaixo de um valor limiar, embora o sinal da força contra eletromotriz tenha assumido um sinal diferente de seu primeiro valor derivativo.

[0045] A segunda condição da lógica de controle de fato quer inibir a ligação da chave quando o polo do rotor está se aproximando do polo do estator, uma situação que antecipa uma mudança no sinal da força contra eletromotriz.

[0046] A diminuição de velocidade local supracitada pode, no entanto causar um primeiro derivativo negativo do sinal sem que a dita condição crítica necessariamente ocorra. Tal circunstância pode, no entanto ser reconhecida a partir do fato que o valor absoluto do pico de força contra eletromotriz, antes da ocorrência do próprio atraso, adota valores baixos, normalmente menos que 20% do pico da força contra eletromotriz em velocidade nominal. Isso é porque os ditos valores não alcançam certo limiar, a lógica de controle pode vantajosamente fornecer a ligação da chave TRIAC contrariando as indicações anteriores.

[0047] O problema técnico supracitado também é resolvido com um dispositivo eletrônico para partida de um motor síncrono compreendendo uma unidade de processamento, uma chave para alimentar o dito motor síncrono controlado pela dita unidade de processamento, a dita unidade de processamento recebendo um sinal de tensão de rede e um sinal de tensão através da chave, o dito dispositivo eletrônico sendo disposto para implementar o método descrito acima. Conforme declarado anteriormente, a chave pode ser uma chave do tipo TRIAC.

[0048] Características adicionais e vantagens da presente invenção se tornarão mais clara a partir da descrição a seguir de uma realização preferencial, dada para indicar e não limitar propósitos em relação às figuras anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0049] A Figura 1 representa de modo esquemático um motor elétrico síncrono controlado com uma partida lógica de acordo com a presente invenção.

[0050] A Figura 2 representa de modo esquemático um dispositivo eletrônico de acordo com a presente invenção aplicado ao motor elétrico síncrono da Figura 1.

[0051] A Figura 3 apresenta um diagrama de blocos que ilustra as várias etapas do método de partida de acordo com a presente invenção.

[0052] A Figura 4 mostra o perfil de tempo de alguns parâmetros relativos ao motor síncrono da Figurai durante uma primeira etapa do método de partida de acordo com a presente invenção.

[0053] A Figura 5 mostra o perfil de tempo de alguns parâmetros relativos ao motor síncrono da Figurai durante uma primeira etapa do método de partida de acordo com a presente invenção.

[0054] A Figura 6 mostra o perfil de tempo de alguns parâmetros relativos ao motor síncrono da Figurai durante uma segunda etapa do método de partida de acordo com a presente invenção.

[0055] A Figura 7 compara o perfil de tempo do torque de acionamento desenvolvido durante uma segunda etapa de duas realizações alternativas do método de partida de acordo com a presente invenção.

[0056] A Figura 8 compara o perfil de tempo de alguns parâmetros relativos ao motor síncrono da Figurai durante uma segunda etapa de duas realizações alternativas do método de partida de acordo com a presente invenção.

[0057] A Figure 9 mostra o perfil de tempo de alguns sinais usados na lógica de partida de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0058] Com referência a Figura 1 anexa, a referência numérica 1 identifica um motor síncrono monofásico de ímã permanente, que compreende um estator 10 e um rotor cilíndrico 15 capaz de girar em relação a ele.

[0059] O estator 10 define um circuito magnético que fecha no rotor 15, dispostos rotativamente entre a primeira 12a e a segunda 12b expansão polar do próprio estator. O estator tem dois enrolamentos 11 alimentados por um dispositivo eletrônico 20.

[0060] O rotor 15 compreende um imã permanente disposto de modo a definir dois polos magnéticos diametralmente opostos na periferia exterior do elemento. Com o termo eixo do rotor AR deve-se definir um diâmetro do rotor situado sobre um plano ideal de separação entre os polos assim definidos.

[0061] As expansões dos polos 12a, 12b, dispostas de acordo com um eixo polar AP do estator 10, são distinguidas por uma assimetria morfológica, de modo que o rotor 15 em descanso é disposto com o eixo do rotor AR inclinado por um ângulo assimétrico θR em relação a um eixo interpolar Al do estator 10. Essa assimetria como conhecida assegura a partida unidirecional do motor síncrono. No presente exemplo o eixo do rotor AR é inclinado por cerca de 6° em relação ao eixo interpolar na direção anti-horária, dessa forma promovendo uma partida do rotor na mesma direção.

[0062] O dispositivo eletrônico 20, que preferencialmente adota a forma de uma placa de controle, tem uma chave estática 21, nesse caso específico uma chave TRIAC, disposta para ajustar o abastecimento de eletricidade aos enrolamentos do estator 11, abastecido por uma rede elétrica 22 em corrente alternada.

[0063] A chave TRIAC 21 é conectada a uma saída PWM 33 de uma unidade de processamento 30, a qual preferencialmente adota a forma de um microprocessador. A dita unidade de processamento 30 implementa o método para partida do motor síncrono 1 descrito desse ponto em diante.

[0064] A unidade de processamento 30 tem uma primeira entrada 31, que recebe um sinal de tensão de rede elétrica 23, e uma segunda entrada 32, que por outro lado, recebe um sinal de tensão 24 na chave.

[0065] Por processamento desses sinais, a unidade de processamento 30 é capaz de executar uma medição indireta da força contra eletromotriz gerada pelo motor síncrono 1, obtida conforme a diferença entre o sinal de tensão de rede elétrica 23 e sinal de tensão 24 na chave, nos momentos em que a corrente é zero. A unidade de controle 30 detecta a dita condição de corrente zero ainda avaliando o sinal de tensão 24 na chave, e em particular assegura que esse sinal é suficientemente distante do valor zero.

[0066] A partir da medição da força contra eletromotriz nos períodos de corrente zero, a unidade de processamento 30 pode estimar o perfil de tempo da dita força. Dessa forma gera um sinal quadrado de força contra eletromotriz 26, que adota o valor unitário quando a força contra eletromotriz é positiva, caso contrário é zero; e um primeiro sinal derivativo quadrado da força contra eletromotriz 27, unitário quando a função da força contra eletromotriz tem um derivativo positivo, caso contrário é zero.

[0067] O dispositivo eletrônico 20 também tem uma porção 35 para a sincronização com a rede de abastecimento de eletricidade que obtém um sinal de sincronização de rede 25, ou seja, um sinal que tem um valor unitário quando a tensão da rede elétrica tem valores positivos, zero quando adota valores negativos, e os envia para unidade de processamento 30.

[0068] O perfil de tempo do sinal de sincronização de rede 25, do sinal quadrado de força contra eletromotriz 27 e do sinal gradiente quadrado da força contra eletromotriz é representado de modo esquemático em comparação ao perfil da força contra eletromotriz e na Figura 9.

[0069] O dispositivo eletrônico 20 outra vez tem uma porção de alimentação 36 da unidade de processamento 30, também disposta para abastecer a dita unidade com um sinal de referência de tensão.

[0070] Em condições de repouso, o rotor 15 é disposto com as polaridades opostas respectivamente de frente para a primeira 12a e a segunda expansão polar 12b. Existem, portanto duas possíveis posições de descanso determinadas, a primeira posição na qual o polo norte do rotor 15 está de frente para a segunda expansão polar 12b do estator 10 e a segunda posição na qual aquele mesmo polo está ao contrário da primeira expansão polar 12a.

[0071] Uma primeira etapa do presente método para a partida do motor síncrono 1 consiste de uma primeira tentativa de partida 100 segundo descrito desse ponto em diante.

[0072] O dispositivo eletrônico 20 controla a chave TRIAC 21 assim como alimenta os enrolamentos 11 com uma série de impulsos de corrente, aqui chamado de primeiro impulso de partida 50, gerado somente durante um determinado meio período, positivo na realização específica aqui descrita, do sinal de tensão da rede elétrica 22. Nesse pedido, a chave TRIAC, então deve somente ser ligada quando o sinal de sincronização da rede 23 adota um valor positivo.

[0073] Os primeiros impulsos de partida gerados 50 preferencialmente têm aumento de intensidade, dessa forma definindo uma rampa de partida positiva. A intensidade é ajustada por meio de controle de fase, variando do ângulo iniciação da chave TRIAC 21.

[0074] Se o rotor 15 encontra-se na primeira posição de descanso descrita acima, os primeiros impulsos de partida 50 causam uma rotação do dito rotor, de modo ideal até um ângulo de 180°.

[0075] Primeiramente, e em específico nos primeiros (90+0r)° de movimento (96° na realização aqui discutida), o rotor 15 é freado pela força de endentamento que tende a trazê-lo de volta em direção à posição de partida. Dessa forma, a força contra eletromotriz, que aumenta durante os impulsos de partida 50, volta para zero no final de cada impulso, de acordo com a conhecida fórmula:

at onde φ é o fluxo instantâneo induzido pelos ímãs nos enrolamentos 11, Φ é o valor de pico desse fluxo, ωm é a velocidade de rotação do rotor e θ é o deslocamento angular do rotor.

[0076] A força de endentamento alcança seu valor máximo em um ângulo do rotor de (45+θR)°, onde θR é o ângulo que o rotor adota em descanso (com corrente zero), enquanto que o torque devido a apenas o efeito da corrente aumenta com perfil sinusoidal até 90° e, portanto além de um certo ângulo o impulso de corrente é como superar o recuo da força de endentamento e a força contra eletromotriz substancialmente aumenta excedendo um limiar de controle, indicativamente igual a 10 a 20% de seu valor máximo em operação normal.

[0077] O dispositivo eletrônico 20, entre um impulso de partida 50 e o próximo, dessa forma monitora, em uma primeira etapa de controle 200, o perfil do sinal da força contra eletromotriz; se e quando o dito sinal excede o limiar de controle, o dispositivo eletrônico 30 interrompe a série de impulsos e transmite para uma lógica de controle 500 do motor descrito desse ponto em diante.

[0078] O primeiro caso descrito acima, no qual o rotor 15 se encontra na primeira posição de descanso e é feito para girar durante a primeira tentativa de partida 100, é ilustrado no gráfico da Figura 4, que representa o perfil da corrente i, da tensão de rede T e do ângulo de rotação do rotor θ.

[0079] Se, no entanto o rotor 15 se encontra na segunda posição de descanso descrita acima, o primeiro impulso de partida 50 tem um efeito relativamente insignificante nele, provocando uma oscilação moderada do mesmo ao redor da posição de descanso. Deve se notar, na realidade, que o número e intensidade dos primeiros impulsos de partida 50 são definidos de tal modo que não provoquem oscilações excessivas, de modo que mediante nenhuma circunstância ocorra uma passagem da segunda posição de descanso para a primeira posição de descanso.

[0080] Desse modo se o rotor 15 se encontra na segunda posição de descanso, ele não se move de nenhuma maneira substancial durante a primeira tentativa de partida 100, a força contra eletromotriz permanece zero e, após o término do número pré-definido de primeiros impulsos de partida 50 que formam a rampa, o limiar de controle não superou e o dispositivo eletrônico 20 não ativou a lógica de controle 500.

[0081] Nesse caso o presente método inclui uma etapa de espera que permite as oscilações do rotor 15 ao redor da segunda posição de repouso para arrefecer.

[0082] O tempo de espera certamente depende de vários fatores, primeiro de todos a fricção e o momento de inércia do rotor 15. O período de tempo provável para motores síncronos de ímã permanente de tamanho pequeno é em qualquer caso ao redor de 700 ms.

[0083] Após a conclusão da etapa de espera, o método inclui uma segunda tentativa de partida 300 executada de modo idêntico ao da primeira tentativa, mas empregando uma série de impulsos da segunda partida 60, dessa vez gerado durante o meio período negativo do sinal de tensão de rede 22.

[0084] Uma rampa de partida negativa criada por isso apresenta as mesmas características das descritas acima em relação à rampa positiva, com a única exceção óbvia dos sinais de polaridade. As características da rampa negativa não serão descritas de modo extensivo por uma questão de brevidade, estando implícito que a descrição da rampa positiva também é aplicável, com as mudanças necessárias, para a rampa negativa.

[0085] Também nesse caso, completamente idêntico ao que é descrito em relação à rampa positiva, o dispositivo eletrônico 20, entre um impulso de partida 60 e o próximo, monitora o perfil do sinal da força contra eletromotriz (segunda etapa de controle 400) a fim de detectar o excedente do limiar de controle que determina a passagem da lógica de controle 500.

[0086] Dado que um rotor 15 posicionado na primeira posição de descanso teria ligado durante a primeira tentativa de partida 100, deveria ser presumido que o rotor 15 se encontra na segunda posição de descanso e que a força contra eletromotriz excede o limiar de controle da segunda tentativa de partida 300.

[0087] O segundo caso descrito acima, no qual o rotor 15 se encontra na segunda condição de descanso e é feito para girar durante a segunda tentativa de partida 300, é ilustrada no gráfico da Figura 5, que representa o perfil da corrente i da tensão de rede T e do ângulo de rotação do rotor θ.

[0088] No entanto, se mediante o término do número pré-definido dos impulsos da segunda partida 60 que formam a rampa negativa, o limiar de controle da força contra eletromotriz não foi alcançado, o método pode incluir um reinicio começando com uma primeira tentativa de partida 100 ou uma parada final do motor, possivelmente após uma série de testes negativos e/ou uma etapa de diagnóstico com respeito ao possível dano ou mau funcionamento.

[0089] Se, no entanto o dispositivo eletrônico 20 detecta que o limiar de controle para a força eletromotriz foi excedido, o método fornece uma aplicação de uma lógica de controle 500 que determina uma transição para operação normal do motor elétrico 1.

[0090] Nessa última etapa de partida, o dispositivo eletrônico 20 controla a chave TRIAC 21 permitindo ser ligada somente quando ambas das seguintes condições acontecerem:

a) o sinal da força contra eletromotriz estimada deve ter o mesmo sinal da tensão de rede (primeira condição);
b) o sinal da força contra eletromotriz estimada deve estar longe de zero (segunda condição).

[0091] A primeira condição é implementada pelo dispositivo eletrônico 20 através de uma operação XNOR realizada no sinal de sincronização de rede 25 e no sinal quadrado de força contra eletromotriz 26.

[0092] A segunda condição é implementada outra vez através de uma operação XNOR entre o sinal quadrado de força contra eletromotriz 26 e o primeiro sinal quadrado derivativo 27. A operação XNOR dá um resultado positivo se os dois operadores tem o mesmo valor, ou seja, se o sinal do primeiro derivativo é o mesmo do da função; condição analítica que define a função longe de zero.

[0093] A Figura 6 ilustra o perfil de tempo da força contra eletromotriz e, da tensão de rede T, do ângulo de rotação do rotor θ e da corrente do estator i, durante o curso da etapa de aplicação da lógica de controle descrita 500.

[0094] A supracitada lógica de ligação tende a manter a chave TRIAC 21 em condução somente quando o trânsito de corrente nos enrolamentos 11 determina um torque de acionamento na direção de rotação do rotor 15, como ficará mais claro a partir das considerações formuladas desse ponto em diante.

[0095] O torque de acionamento desenvolvido pela corrente do estator é dado pelo produto:
CM =-i(t)·Φ·sin(θ(t))

[0096] Enquanto que a força contra eletromotriz é:
fcem = -Φ ωm · sin(θ(t))
então:
CM . ωm= fcem-i(t)

[0097] A fim de obter um valor de torque de acionamento Cm que é o mesmo que ωm é dessa forma necessário para a corrente circular nos enrolamentos também ter o mesmo sinal da força contra eletromotriz.

[0098] Baseado nessa consideração uma lógica de controle vantajosa do motor poderia fornecer a ligação da chave de alimentação quando a força contra eletromotriz e a tensão da rede adotarem o mesmo sinal (primeira condição da lógica de ligação atualmente implementada), e é desligado quando a força contra eletromotriz e a corrente adotam sinais diferentes. Se a chave usada permite que a corrente seja desligada quase instantaneamente, essa lógica de controle desenvolve um torque de acionamento orientado na direção de rotação do rotor 15, ou seja, nunca freando.

[0099] Por outro lado, no entanto, essa lógica de controle, que devemos chamar de lógica liga/desliga para distingui-la apenas da lógica de ligação atualmente implementada, não pode ser replicada pelo dispositivo eletrônico 30 de acordo com a realização aqui descrita. De fato, isso não fornece uma entrada para o sinal de corrente necessário para detectar a condição de desligado, e também usa uma chave TRIAC 21 que não é capaz de realizar esse desligamento adequadamente.

[00100] Somente a lógica de ligar atualmente substitui o controle para desligar com a segunda condição de ligar. Dessa maneira, a chave TRIAC 21 não é ligada no caso em que o perfil periódico da força contra eletromotriz já tenha excedido seu pico, dado que nesse caso a variável está no processo de mudança de sinal e poderia já ser diferente a partir do impulso de corrente gerado pela ligação da chave. Em outras palavras, a segunda condição a priori evita a ocorrência das condições que poderiam levar ao desligamento de acordo com a lógica liga/desliga.

[00101] Dessa forma, graças à segunda condição, a adequada lógica de ligação evita geração de torques de frenagem no rotor 15 do motor elétrico síncromo 1.

[00102] Deve-se notar que a primeira condição da lógica de ligação adequada pode ser modificada permitindo ligação antecipada da chave 21 quando a força contra eletromotriz está no processo de mudança de sinal, diferente da tensão de rede. Nesse caso, a primeira condição permite a ligação da chave 21 quando o sinal da força contra eletromotriz, mesmo se de sinal diferente da tensão de rede, é aproximado do valor zero e tem um valor absoluto abaixo de um limiar pré-determinado.

[00103] Se a ação de avanço permitida não é excessiva, a condição não afeta significativamente o sinal correspondente entre a força contra eletromotriz e a corrente, mesmo considerando o fato de que a corrente ainda tem um atraso em relação à tensão de rede. Dessa maneira o pico de corrente vem antes facilitando a partida.

[00104] A Figura 8 compara o perfil de tempo da força contra eletromotriz e da corrente do estator i e do torque C durante a aplicação da lógica de controle com ou sem partida antecipada. Os valores relativos à partida antecipada são identificados pelo subscrito 1, e aqueles que se referem à partida não antecipada levam o subscrito 2.

[00105] Deve-se também notar que a segunda condição da lógica de ligação adequada pode inibir a ligação da chave 21 também com o desaceleramento do rotor 15 que não corresponde a um pico absoluto da força contra eletromotriz, por exemplo, diminuindo devido ao torque de endentamento ou ao carregar no rotor. Nesse caso a condição se mostra excessivamente restrita dado que o impulso de corrente gerado teria desenvolvido um torque de acionamento no rotor 15.

[00106] A segunda condição, apesar de inibições indesejadas, aprimora substancialmente o desempenho do motor na partida. Com respeito a isso consideramos a Figura 7, que compara o torque Ca desenvolvido aplicando somente a primeira condição da lógica de ligação e o torque Cab desenvolvido aplicando ambas as condições da lógica.

[00107] Durante a aplicação da lógica de controle 500, por meio de medição da diferença de fase entre tensão e corrente é monitorado se um estado síncrono 700 (terceira etapa de controle 600) foi alcançado. Se essa diferença de fase é mantida quase constante para um número de períodos consecutivos, a condição síncrona 700 é considerada ter sido alcançada e a partida do motor concluída.

[00108] Claro que um técnico no assunto pode trazer numerosas modificações e variantes do método e para a máquina de lavar descrita acima, a fim de satisfazer contingente e requisitos específicos, todos eles são cobertos pelo escopo de proteção da invenção conforme definido pelas seguintes reivindicações.

Claims

MÉTODO PARA PARTIDA DE UM MOTOR ELÉTRICO SÍNCRONO MONOFÁSICO (1), que compreende um rotor de ímã permanente (15) e um estator (10) fornecido com enrolamentos (11) conectado a uma rede elétrica (22) por meio de uma chave (21); o método caracterizado por compreender as seguintes etapas:
uma primeira tentativa de partida (100) na qual os enrolamentos (11) são alimentados por corrente com um ou mais impulsos iniciais de partida (50) que são gerados somente durante o meio período de uma polaridade primária da tensão da rede elétrica (22);
uma primeira etapa de controle (200) na qual é detectado se uma condição de partida foi obtida durante a primeira tentativa de partida (100);
no caso da primeira etapa de controle (200) não detectar que a condição de partida foi obtida na duração da primeira tentativa de partida (100), uma segunda tentativa de partida (300) na qual os enrolamentos (11) são alimentados por corrente com um ou mais impulsos de partida secundários (60) que são gerados somente durante meio período de uma segunda polaridade, o oposto da primeira polaridade, da tensão da rede elétrica (22).
MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela condição de partida cuja obtenção é verificada durante a primeira etapa de controle (200) ser a superação de um limiar de controle por um sinal de força contra eletromotiva.
MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo sinal da força contra eletromotiva ser obtida conforme a diferença entre a tensão da rede elétrica (22) e a tensão através da chave (21) nos períodos em que a corrente alimenta os enrolamentos (11) é zero.
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelos primeiros impulsos de partida (50) serem uma pluralidade, a primeira etapa de controle (200) fornecendo a detecção da possível obtenção da condição de partida após cada impulso de partida (50).
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelos primeiros impulsos de partida (50) e dos impulsos de partida secundários (60) serem uma pluralidade de impulsos de intensidade progressivamente crescente.
MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelas intensidades do primeiro impulso de partida (50) e dos impulsos de partida secundários (60) serem moduladas por controle de fase.
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender uma etapa de espera que divide a primeira tentativa de partida (100) e a segunda tentativa de partida (300), a fase de espera tendo uma duração suficiente para assegurar a estabilização do rotor (15).
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelos primeiros impulsos de partida (50) serem configurados em número e intensidade de tal modo que iniciem o rotor (15) superando o torque de endentamento caso se encontre em uma primeira posição de descanso, e de tal modo que não mude a posição do rotor (15) caso se encontre na segunda posição de descanso.
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pela chave (21) ser uma chave TRIAC.
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por compreender, além disso, uma segunda etapa de controle (400) sendo que é detectada caso a condição de partida possa ter sido obtida durante a segunda tentativa de partida (300); e uma etapa de aplicação de uma lógica de controle (500) do motor elétrico (1) até o estado de sincronismo (700) ativado mediante detecção da condição de partida durante a primeira (200) ou a segunda (300) etapa de controle.
MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela lógica de controle (500) fornecer uma primeira e uma segunda condição para ligar a chave (21), em que a primeira e a segunda condição têm o propósito de assegurar que, durante a aplicação da lógica de controle, a corrente que circula nos enrolamentos (11) é do mesmo sinal conforme a força contra eletromotriz gerada pelo motor elétrico (1); a primeira condição sendo verificada quando um sinal de força contra eletromotriz detectada tem o mesmo sinal conforme um sinal de tensão de rede elétrica; a segunda condição sendo verificada quando o sinal de força contra eletromotriz tem o mesmo sinal conforme seu primeiro valor derivativo.
MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela primeira condição ser verificada por aplicação de uma operação lógica XNOR para um sinal quadrado da força contra eletromotriz e para um sinal de sincronização de rede (25).
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 12, caracterizado pela segunda condição ser verificada por aplicação de uma operação lógica XNOR para um sinal quadrado da força contra eletromotriz e para um sinal quadrado do primeiro derivativo da força contra eletromotriz.
MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela primeira e segunda condição serem simultaneamente verificadas por aplicação de uma operação lógica XNOR a um sinal de sincronização da rede elétrica (25) e para um segundo sinal quadrado, obtido a partir da soma entre o sinal da força contra eletromotriz e o sinal de seu primeiro derivativo adequadamente dimensionado.
DISPOSITIVO ELETRÔNICO (20), para partida em um motor síncrono (1) que compreende uma unidade de processamento (30), uma chave (21) para alimentação do motor síncrono (1) controlado pela unidade de processamento que recebe um sinal de tensão da rede (23) e um sinal de tensão através da chave (24), o dispositivo eletrônico (20) caracterizado por ser disposto para implementar o método, conforme definido por qualquer uma das reivindicações 1 a 14.