BR102013003298A2 - Dispositivo para partida e marcha de motores monofásicos e sistema para partida e marcha de motor monofásico - Google Patents

Abstract

Dispositivo para partida e marcha de motores monofásicos e sistema para partida e marcha de motor monofásico a presente invenção se refere a um dispositivo de partida e marcha para motores monofásicos destinado, mais especificamente, à aplicação em compressores de refrigeração com motores de indução tipo csr (partida com capacitar e funcionamento com capacitor, também conhecidos como cscr), e rscr (partida sem capacitar e funcionamento com capacitar). O dispositivo de partida e marcha para motores monofásicos objeto da presente invenção é definido por uma âncora 1 composta por molas 2 e 21, núcleo magnético 3, rebite 4 e ponte 5 contendo um relé r definido por quatro pastilhas de contatos fixos 6 e quatro pastilhas de contatos móveis 61, sendo tais contatos 6, 61 subdivididos em dois pares dispostos em posição preferencialmente paralela, sendo que a âncora 1 fica disposta no interior de uma carcaça 7 definida por invólucro 71, tampa 72 e carretel 73, sendo que a bobina de fio magnético 8 do dispositivo fica posicionada na região externa inferior da carcaça 7 de modo a substancialmente envolver o núcleo magnético 3.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO PARA PARTIDA E MARCHA DE MOTORES MONOFÁSICOS E SISTEMA PARA PARTIDA E MARCHA DE MOTOR MONOFÁSICO”.

Campo da invenção A presente invenção se refere a um dispositivo para partida e marcha de motor monofásico destinado, mais especificamente, à aplicação em compressores de refrigeração que utilizam motores de indução tipo CSR (Capacitor Start and Run, também conhecidos como CSCR Capacitor Start Capacitor Run) e RSCR (Resistance Start Capacitor Run). A presente invenção refere-se ainda ao sistema para partida e marcha de motor monofásico, o qual é integrado pelo referido dispositivo para partida e marcha de motor monofásico ora revelado.

Fundamentos da Invenção Conforme é do conhecimento da técnica, motores do tipo CSR utilizam dois tipos de capacitores: um deles denominado “Capacitor de Partida” que gera um alto torque inicial e, assim, consegue realizar a partida do motor, e o outro denominado “Capacitor de Funcionamento ou Capacitor de Marcha” que gera benefícios no desempenho durante o regime de funcionamento. Devido às diferentes necessidades do motor no momento da partida e em regime de funcionamento, o “Capacitor de Partida” deve ser desligado do circuito após a partida. O documento US 4.012.678 descreve um circuito para motor monofásico que utiliza um capacitor de partida e um capacitor de marcha que realiza a comutação das conexões elétricas com base na velocidade do eixo do motor. Já os motores do tipo RSCR são motores equipados apenas com os chamados “Capacitores de Funcionamento ou ainda Capacitores de Marcha” nos quais, para ser possível proporcionar um ganho de torque de partida, não deve haver circulação de corrente pelo Capacitor de Funcionamento (by-pass) durante partida do motor. Assim, para obter os benefícios de desempenho após a partida, o Capacitor de Funcionamento deve retornar ao circuito do motor.

Atualmente os compressores/motores do tipo CSR utilizam uma chave de partida denominada “Rele de Tensão ou Rele Potencial”, que atua de acordo com a voltagem gerada no enrolamento auxiliar, desconectando o Capacitor de Partida quando este não é mais necessário. No entanto, este dispositivo apresenta como inconveniente seu alto custo relativo, o que acaba por inviabilizar sua utilização. O documento US 5.561.357 descreve um capacitor de partida passível de conexão elétrica ao capacitor permanente do motor, prevendo a utilização de um misto entre relé de tensão e corrente. No entanto, contempla a utilização de relé convencional de dois terminais que, como mencionado, incide em elevado custo de aquisição e utilização, e em peça de grandes dimensões, principalmente devido à necessidade de aumento da robustez elétrica e mecânica do dispositivo, em função da magnitude das correntes de partida.

Outras formas existentes de “chave de partida” para estes tipos de motores (CSR e RSCR) são os comumente chamados PTC (Positive Temperature Coeficient) e RSP (Rele em Série com PTC) que são formados por uma pastilha de material cerâmico que, quando aquecido pela corrente que passa através dele, aumenta a resistência elétrica e diminui a corrente até que a mesma se torne praticamente zero, executando assim função similar à dos relés de tensão. Um exemplo deste dispositivo pode ser encontrado no documento US 6.456.470. Tais chaves de partida possuem, porém, alguns inconvenientes: ocasionam queda de torque de partida, demandam elevado consumo de energia elétrica, necessitam de um tempo razoável entre partidas e tem um custo considerável. É consenso que o custo da “chave de partida” denominada “Rele de Corrente” aplicada a motores do tipo RSIR e CSIR é bem inferior ao do “Rele de Tensão” que, no entanto, em função de suas características construtivas contendo dois contatos (utilizados para potência relativamente baixa) e devido ao seu custo, é de difícil utilização para compressores empregados, principalmente, em sistemas de refrigeração. O objeto do documento US 4.313.076 se refere a uma máquina dínamo-elétrica (como, por exemplo, um motor elétrico) que utiliza uma bobina principal e uma bobina auxiliar a qual é dividida em uma bobina de fase e duas bobinas auxiliares, uma em fase e a outra em contrafase, de modo a adaptar o funcionamento do motor à necessidade do torque utilizando, para tanto, um relé com quatro contatos. No entanto, tal concretização também se revela de elevado custo devido à quantidade de elementos adicionais necessários à sua construção e funcionamento.

Nota-se, enfim, que o atual estado da técnica carece de um dispositivo de partida e marcha para motores monofásicos que permita comutar o capacitor de partida e o capacitor de marcha de forma robusta e com base na variação de corrente do enrolamento principal o qual, ademais, também apresente baixo custo relativo e, assim, possa ser amplamente empregado - principalmente, na fabricação de compressores para refrigeração.

Objetivos da invenção Portanto, é um dos objetivos da presente invenção prover um dispositivo de partida e marcha para motores monofásicos a ser utilizado, principalmente, com compressores de refrigeração com motores de indução do tipo CSR e RSCR. É também um dos objetivos da presente invenção prover uma “chave de partida” com quatro contatos (2 pares) arranjados adequadamente para comutar o capacitor de partida (com ou sem resistor de descarga) e o capacitor de funcionamento de forma robusta e com base na variação da corrente do enrolamento principal.

Outro dentre os objetivos da invenção aqui apresentada é prover uma chave de partida com baixo custo relativo.

Ainda outro dentre os objetivos da presente invenção é revelar um dispositivo de partida definido por um núcleo magnético contendo uma conformação física e geométrica diferenciada, passível de aprimorar o funcionamento do equipamento em geral.

Sumário da Invenção Os objetivos acima são atingidos por meio de um dispositivo para partida e marcha de motor monofásico, o qual compreende pelo menos uma âncora disposta no interior de pelo menos uma carcaça e integrada por pelo menos um núcleo magnético e pelo menos uma ponte contendo pelo menos um rele.

De acordo com a invenção em questão, referido dispositivo para partida e marcha de motor monofásico compreende ainda pelo menos uma bobina de fio magnético e destaca-se pelo fato de que seu rele compreende pelo menos quatro pastilhas de contatos fixos e quatro pastilhas de contatos móveis, sendo os referidos contatos fixos e contatos móveis subdivididos em pelo menos dois pares.

Verifica-se, portanto, que é revelado um dispositivo para partida e marcha de motor monofásico provido de meios para permitir que um rele de corrente possa comutar um capacitor de partida e um capacitor de funcionamento com base na variação de corrente da bobina de fio magnético.

De acordo com a concretização preferencial da invenção em questão, o dispositivo para partida e marcha de motor monofásico é composto por um núcleo magnético composto por um orifício central e uma superfície superior definida por um rebaixo central, além de compreender ainda pelo menos uma mola de retorno e pelo menos uma mola de amortecimento.

Os objetivos anteriormente explanados são também atingidos pelo sistema para partida e marcha de motor monofásico, o qual compreende um motor monofásico, pelo menos um capacitor de partida, pelo menos um capacitor de funcionamento e um único dispositivo para partida e marcha de motor monofásico integrado por um único rele integrado por pelo menos quatro pastilhas de contatos fixos e quatro pastilhas de contatos móveis, sendo os referidos contatos fixos e contatos móveis subdivididos em pelo menos dois pares.

De acordo com a invenção o sistema em questão, os contatos móveis inferiores fecham o circuito dos contatos fixos inferiores durante o funcionamento com baixa corrente ou desenergizado. Nesta situação, o capacitor de funcionamento é acionado, permanecendo os contatos fixos superiores em aberto, desligando o capacitor de partida.

Por outro lado, os contatos móveis superiores fecham o circuito dos contatos fixos superiores durante o funcionamento na partida ou com alta corrente. Nesta situação, o capacitor de partida é acionado, permanecendo os contatos fixos inferiores em aberto, desligando o capacitor de funcionamento.

Descrição Resumida dos Desenhos A concretização preferencial da invenção em questão será pormenorizadamente detalhada com base nas figuras abaixo listadas, as quais: A figura 1 ilustra um corte transversal longitudinal esquemático do dispositivo para partida e marcha de motores monofásicos objeto da presente invenção;

Afigura 2 ilustra uma vista em perspectiva do núcleo do dispositivo representado na Figura 1; A figura 3 ilustra uma vista em corte longitudinal do núcleo da Figura 2; A figura 4 ilustra uma vista em perspectiva esquemática de um núcleo com rebite; para o dispositivo objeto da presente invenção; e As figuras 5.1 e 5.2 ilustram esquemas elétricos do dispositivo objeto da presente invenção utilizando relés de quatro contatos em compressores/motores tipo CSR e RSCR, respectivamente.

Descrição Detalhada da Invenção Conforme pode ser observado nas figuras acima listadas, o dispositivo e o sistema de partida e marcha para motor monofásico, ambos objetos da presente invenção, tem por objetivo comutar a atuação entre o capacitor de partida CR e o capacitor de funcionamento CF, de modo a permitir a partida e a marcha de um motor monofásico. A figura 1 ilustra uma concretização preferencial do dispositivo de partida e marcha para motor monofásico, o qual é definido por uma âncora 1 composta por uma mola de retorno 2, por uma mola de amortecimento 21, por um núcleo magnético 3, por um rebite 4 e por uma ponte 5 contendo um rele R definido por quatro pastilhas de contatos fixos 6 e quatro pastilhas de contatos móveis 61, sendo tais contatos 6, 61 subdivididos em dois pares dispostos em posição preferencialmente paralela. A âncora 1 fica disposta no interior de uma carcaça 7 definida por invólucro 71, tampa 72 e carretei 73, sendo que a bobina de fio magnético 8 do dispositivo fica posicionada na região externa inferior da carcaça 7 de modo a substancialmente envolver o núcleo magnético 3. O núcleo magnético 3 do dispositivo aqui apresentado possui, além do orifício cilíndrico central 32, um rebaixo central 31 em sua superfície superior. O desenho representado na Figura 5.1 permite observar, por meio de esquemas elétricos de um motor CSR (partida com capacitor e funcionamento com capacitor) contendo bobina de partida BP e bobina de funcionamento BF, que a “chave” ou dispositivo de partida objeto da presente invenção possui quatro contatos 6 (dois pares) arranjados adequadamente para comutar o capacitor de partida CR (com ou sem resistor de descarga Rd) e o capacitor de funcionamento CF. Tal arranjo adequado prevê que durante o funcionamento em regime (ou durante o período em que o rele não estiver energizado) os dois contatos fixos 6 inferiores estejam fechados e os dois contatos fixos 6 superiores estejam abertos. Já durante o período de partida, os dois contatos fixos 6 superiores devem estar fechados e os dois contatos fixos 6 inferiores devem estar abertos. Deste modo, os dois contatos fixos 6 inferiores agem como um rele normalmente fechado (NF) e os dois contatos fixos 6 superiores agem como um rele normalmente aberto (NA).

Para a figura 5.2 o funcionamento é similar, porém para uma configuração RSCR (partida sem capacitor e funcionamento com capacitor).

Assim sendo, durante o funcionamento com baixa corrente ou desenergizado, os contatos móveis (61) inferiores fecham o circuito dos contatos fixos (6) inferiores, acionando o capacitor de funcionamento (CF), permanecendo os contatos fixos (6) superiores em aberto, desligando o capacitor de partida (CP). Já durante o funcionamento na partida ou com alta corrente, os contatos móveis 61 superiores fecham o circuito dos contatos fixos 6 superiores, acionando o capacitor de partida (CP), permanecendo os contatos fixos inferiores em aberto, desligando o capacitor de funcionamento (CF).

Cabe esclarecer que o aumento no número de contatos 6, 61 atuantes no dispositivo aqui descrito proporciona ao mesmo uma comutação robusta e com base na variação da corrente na bobina 8 do rele, conectada em série com o enrolamento principal.

Assim, o dispositivo pode ser utilizado em motores com maior potência sem que, com isso, seja necessário elevar os custos de fabricação do equipamento - a título exemplificativo, o custo do dispositivo objeto da presente invenção é similar ao de um rele de dois contatos (um par) denominado “rele de corrente” o qual é comumente utilizado em compressores/motores de menor potência do tipo RSIR (partida sem capacitor e funcionamento sem capacitor) e CSIR (partida com capacitor e funcionamento sem capacitor); com a utilização de quatro contatos 6, o dispositivo apresentará a robustez necessária para a comutação de quaisquer configurações de partida e funcionamento utilizadas em motores/compressores (RSIR, CSIR, RSCR ou CSR).

Ademais, a invenção tem também outros aspectos construtivos (dimensões, lógica de atuação) similares ao rele de corrente sem, no entanto, apresentar as limitações de emprego inerentes aos mesmos. O princípio de funcionamento do sistema de partida e marcha para motor monofásico passará a ser descrito a seguir.

Durante a tentativa de partida, a corrente no enrolamento principal é relativamente alta e, nestas condições, a bobina 8 gera força suficiente para atracar o núcleo e, assim, inicialmente e de forma exclusiva, desligar o capacitor de funcionamento (CF) e, logo em seguida e também de forma exclusiva, ligar o capacitor de partida (CP).

Após a partida, estando a rotação próxima à condição normal de funcionamento, a corrente no enrolamento principal baixa a um nível insuficiente para manter o atracamento do núcleo desligando assim, inicial e exclusivamente, o capacitor de partida CP para em seguida, exciusivamente, religar o capacitor de funcionamento CF.

Em suma, a “chave de partida” ou dispositivo de partida e marcha para motores monofásicos objeto da presente invenção apresenta as seguintes vantagens quando comparadas aos similares conhecidos abaixo indicados: - “rele de tensão”: possui custo significativamente inferior e dimensões reduzidas; - “rele de corrente (2 contatos)”: robustez de comutação para capacitor de partida CP e capacitor de funcionamento CF, comutações individualizadas para cada capacitor; - “chaves de partida PTC e RSP”: custo inferior, e não apresenta consumo de potência residual - penalidade a nível de performance típica a estes dispositivos. É importante, ainda, lembrar que o grande desafio na comutação de sistemas com dois capacitores - de partida CP e de funcionamento CF é a robustez dos contatos. Com a presença do capacitor de funcionamento CF a suscetibilidade à aderência de contato e o seu desgaste por picos de tensão e corrente (Inrush current, Arcos voltaicos, etc.) são intensificados. A utilização do dispositivo de partida objeto da presente invenção resolve a falta de robustez através da concepção de um par de contatos 6, 61 adicionais, de modo que cada par de contatos 6, 61 que comutam individualmente cada capacitor CP e CF acabam aliviando, assim, os efeitos mencionados acima.

Saliente-se, adicionalmente, que o dispositivo aqui descrito opera de forma exatamente igual a um “rele de tensão” convencional no que diz respeito ao sinal que causa a atuação, no caso, a corrente de enrolamento principal.

Ademais, por não haver dispositivos semicondutores como nas chaves de partida PTC e RSP, não há o consumo residual peculiar a estes dispositivos durante o seu funcionamento, o que permite notar que seu desenvolvimento minimizou os problemas observados no atual estado da técnica.

Vale ressaltar que embora tenham sido mostradas formas construtivas preferenciais da presente invenção, fica entendido que eventuais omissões, substituições e alterações construtivas podem ser feitas por um técnico versado no assunto, sem se afastar do espírito e escopo da proteção requerida. É também expressamente previsto que todas as combinações dos elementos que desempenham a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados estão dentro do escopo da invenção. Substituições de elementos de uma modalidade descrita por outros são também totalmente pretendidos e contemplados.

Deve, no entanto, ser entendido que a descrição fornecida com base nas figuras acima se refere apenas a algumas das concretizações possíveis para o sistema da presente invenção, sendo que seu real escopo encontra-se previsto nas reivindicações anexas.

Claims (8)

1. Dispositivo para partida e marcha de motor monofásico, compreendendo pelo menos uma âncora (1) disposta no interior de pelo menos uma carcaça (7) e integrada por pelo menos um núcleo magnético (3), e pelo menos uma ponte (5) contendo pelo menos um rele (R); o referido dispositivo para partida e marcha de motor monofásico compreendendo ainda pelo menos uma bobina de fio magnético (8) e sendo especialmente CARACTERIZADO pelo fato de que o rele (R) compreende pelo menos quatro pastilhas de contatos fixos (6) e quatro pastilhas de contatos móveis (61); os referidos contatos fixos (6) e contatos móveis (61) sendo subdivididos em pelo menos dois pares.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender meios para permitir que um rele de corrente (R) possa comutar um capacitor de partida (CP) e um capacitor de funcionamento (CF) com base na variação de corrente da bobina de fio magnético (8).

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o núcleo magnético (3) compreende um orifício central (32) e uma superfície superior definida por um rebaixo central (31).

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda pelo menos uma mola de retorno (2).

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda pelo menos uma mola de amortecimento (21).

6. Sistema para partida e marcha de motor monofásico, compreendendo um motor monofásico, pelo menos um capacitor de partida (CP), pelo menos um capacitor de funcionamento (CF), e sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda um único dispositivo para partida e marcha de motor monofásico integrado por um único rele (R) integrado por pelo menos quatro pastilhas de contatos fixos (6) e quatro pastilhas de contatos móveis (61), sendo os referidos contatos fixos (6) e contatos móveis (61) subdivididos em pelo menos dois pares.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que, durante o funcionamento com baixa corrente ou desenergizado, os contatos móveis (61) inferiores fecham o circuito dos contatos fixos (6) inferiores, acionando o capacitor de funcionamento (CF), permanecendo os contatos fixos (6) superiores em aberto, desligando o capacitor de partida (CP).

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que, durante o funcionamento na partida ou com alta corrente, os contatos móveis (61) superiores fecham o circuito dos contatos fixos (6) superiores, acionando o capacitor de partida (CP), permanecendo os contatos fixos inferiores em aberto, desligando o capacitor de funcionamento (CF).