BR102014002789A2 - inversor de frequência para motores de indução monofásicos com capacitor - Google Patents

Abstract

resumo inversor de frequência para motores de indução monofásicos com capacitor, que se destina ao uso particular em motores de indução monofásicos em portas e portões automáticos; a invenção se destaca por compreender uma fonte de alimentação 127vca ou 220v vca automática, com frequência de 50hz ou 60hz (1), que alimenta um retificador de onda completa com filtros (2), este com uma ponte h ou ponte completa de igbt’s (3) controlada pela unidade de controle (5), fornecendo corrente ao motor de indução monofásico (4) mais capacitor da bobina auxiliar eliminando o uso adicional de um par de chaveadores e um controlador de chaveamento reduzindo o custo total.

Description

1NVERSOR DE FREQUÊNCIA PARA MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS COM CAPACITOR

BREVE APRESENTAÇÃO

Trata a presente solicitação de Patente de Invenção de um INVERSOR DE FREQUÊNCIA PARA MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS COM CAPACITOR, particularmente de um inversor de frequência para motores de indução monofásicos que se destaca por utilizar somente uma Ponte H, ou seja, apenas quatro transistores, ao invés de seis, diferentemente do que ocorre nos inversores de frequência do estado da técnica.

CAMPO DE APLICAÇÃO O inversor de frequência para motores de indução monofásicos com capacitor, objeto desta solicitação de Patente de Invenção, possui seu campo de aplicação voltado à automatização de portas e portões.

ESTADO DA TÉCNICA São conhecidos do estado da técnica os inversores de frequência para motores monofásicos, os quais encontram particular aplicação no segmento de automatização de portas e portões. Os inversores de frequência utilizados em motores monofásicos atualmente encontrados neste mercado, normal mente geram defasagem da bobina auxiliar no chaveamento dos transistores, o que compromete o bom desempenho do sistema. É ainda normal o uso de seis transistores em inversores de frequência para motores monofásicos, particularmente aqueles empregados em soluções voltadas a portas e portões automáticos. É conhecido do estado da técnica o documento BR8100701-9 U2, publicado em 24/12/2002, o qual se refere a uma DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA EM CONVERSOR CC-CA MONOFÁSICO COM COMUTAÇÃO EM BAIXA FREQUÊNCIA E BAIXA DISTORÇÃO HARMÔNICA, que pode ser empregado para, a partir de uma fonte de tensão em corrente contínua, produzir uma saída em corrente alternada, particularmente para injeção de potência em uma rede elétrica, sendo que o modelo se destaca por revelar um circuito que revela uma estrutura em ponte H, possuindo quatro transistores e quatro diodos em antiparalelo, de maneira a realizar a condução de corrente no sentido oposto ao dos referidos transistores.

Outro documento do estado da técnica é o BR0910703-7 A2, publicado em 13/09/2001, referente a INVERSORES MULTINÍVEIS EMPREGANDO CÉLULAS DE CONVERSORES MEIA-PONTE E UM INVERSOR TRIFÁSICO/MULTIFÁSICO E SUA MODULAÇÃO HÍBRIDA, o qual compreende inversores híbridos multiníveis compostos de inversor de tensão trifásico, ou multifásico, de dois ou mais níveis, sendo cada uma das fases conectada em série com um ou mais módulos de conversores monofásicos do tipo meia-ponte. Cada um dos módulos inversores meia-ponte é composto de duas subcélulas meia-ponte básicas, as quais são conectadas de modo a se obter tensão média nula na saída em corrente alternada. Descreve ainda que, quanto maior o número de módulos conversores monofásicos do tipo meia-ponte adicionados à estrutura, maior será a quantidade de níveis de tensão produzida e, consequentemente, melhor será a qualidade da tensão produzida na saída.

Outro documento disponível no estado da técnica é o CN103151948, publicado em 12/06/2013, referente a DUPLA PONTE H DE ALTA, FREQUÊNCIA DE ISOLAMENTO FOTOVOLTAICA ACOPLADA À REDE DO INVERSOR, que descreve uma maior frequência de isolamento tipo inversor fotovoltaico ligado na rede à ponte H dupla que compreende um circuito interruptor inversor ponte H, no qual uma extremidade de entrada do circuito do interruptor inversor ponte H está ligada a uma extremidade de uma placa de bateria fotovoltaica saída, ao passo que uma extremidade do circuito do interruptor inversor ponte H de saída está ligada a uma extremidade de entrada de um transformador de alta frequência, enquanto uma extremidade de alta-frequência do transformador de saída está ligada com uma extremidade de entrada de um circuito inversor ponte H através de um circuito de filtro de retificação, e uma extremidade do circuito inversor ponte-H de saída está ligado a uma extremidade de entrada de um circuito de filtro de saída. O conversor compreende ainda um processador de sinal digital (DSP) do controlador, sendo que uma extremidade de entrada do controlador DSP está ligada com as extremidades de um circuito de amostragem de detecção de energia fotovoltaica, um circuito de amostragem de grade-ligação e um circuito de proteção de saída; uma extremidade de saída do DSP controlador e um circuito de condução são, respectivamente, conectados com a entrada do circuito termina helicóptero H-ponte e circuito inversor da H-ponte. A alta frequência de isolamento fotovoltaica conectada à rede inversor H dupla ponte alcança o isolamento completo da bateria fotovoltaica, corrente e potência de corrente alternada através da alta frequência transformador e alcança alta eficiência do funcionamento do sistema através da adoção de controle de dois estágios de alta frequência de modulação por largura de pulso (PWM). A alta frequência de isolamento fotovoltaica conectada à rede de inversor H dupla ponte pode realizar monitoramento e proteção abrangente para um sistema, fazendo uso de um circuito de proteção e, efetivamente, garantindo segurança e confiabilidade de operação conectada à rede de um inversor fotovoltaico.

Dos documentos que compõem o estado da técnica, particular análise requerer o documento BR8100701-9 U2, sendo que os demais dispensam um estudo mais acurado, a partir da simples leitura dos mesmos. O documento BR8100701-9 U2 revela, essencialmente, um conversor de CC para CA, monofásico, de forma que esta CA seja jogada em uma rede elétrica. A característica inovadora do modelo reside no uso de um circuito com uma estrutura em ponte H, que compreende quatro transistores e quatro diodos em antiparalelo.

DA INVENÇÃO

Na presente solicitação de Patente de Invenção, é descrito um sistema para acionamento de motores de portas e portões automáticos, mediante um conversor CA/CA (Inversor de Frequência), composto por um conversor CA/CC (Retificador) e um conversor CC/CA. O Retificador utiliza 4 diodos e um capacitor como filtro de oscilações. O conversor CC/CA utiliza quatro elementos chaveadores (ponte H ou FULL-BRIDGE) e 4 diodos em antiparalelo. Portanto, na presente invenção é construído um conversor CA/CA sendo a entrada de 50Hz ou 60Hz e a saída ajustável entre 40Hz e 120Hz para o controle da velocidade do motor.

Utilizando-se capacitores de partida convencionais de motor com a presente invenção, é observada uma perda de torque em altas frequências. Para diminuir este efeito altera-se o capacitor de partida do motor por um de valor de capacitância menor resolvendo o problema em altas frequências.

Basicamente, o circuito consiste de um retificador que converte a corrente alternada de linha da rede em corrente contínua, que, por sua vez, é novamente convertida para corrente alternada, através de uma Ponte H ou Full-Bridge de IGBTs, a qual emula uma tensão senoidal com frequência ajustável pelo controle do seu chaveamento.

Ou seja, na presente invenção, ao contrário dos documentos do estado da técnica, não é gerado a defasagem para a bobina auxiliar através de um par de chaveadores a mais, necessitando um capacitor de partida em série com a mesma, como nos sistemas convencionais ligados à rede elétrica, com isto economiza-se e um controlador de chaveamento e um par de chaveadores, componentes estes de alto custo agregado.

Ou seja, na presente invenção, ao contrário dos documentos do estado da técnica, não é gerada defasagem para a bobina auxiliar, consequentemente dispensando um capacitor em série com a mesma.

VANTAGENS DA INVENÇÃO - Custo reduzido em relação a outras tecnologias para controle de motor de indução monofásico; - Associação de custo reduzido a uma ótima eficiência funcional, compondo um binômio comercial muito forte quando levado a um estágio de competitividade comercial.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A seguir, a invenção será explicada em seus detalhes construtivos e funcionais, sendo que, a título de melhor entendimento, são feitas referências aos desenhos anexos, nos quais estão representadas: Figura 1: Diagrama em blocos do inversor de frequência desta invenção;

Figura 2: Mostra foto do circuito eletrônico completo, identificando cada bloco do diagrama da figura anterior.

DESCRIÇÃO DETALHADA O INVERSOR DE FREQUÊNCIA PARA MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS COM CAPACITOR, objeto desta solicitação de Patente de Invenção, se destina ao uso particular em motores de indução monofásicos para a movimentação de portas e portões automáticos.

Tecnicamente, a invenção consiste de uma fonte de alimentação 127V ou 220V VAC, com frequência de 50Hz ou 60Hz (1), que alimenta um retificador de onda completa com filtros (2), o qual converte a corrente alternada de linha da rede em corrente contínua, dito retificador (2) que alimenta uma Ponte H ou Ponte completa de IGBTs (3) para chaveamento de frequência variável de 40 a 120Flz senoidal controlada pela unidade de controle (5), sendo a corrente de saída enviada ao motor de indução monofásica (4) mais capacitor da bobina auxiliar.

Opcionalmente, a invenção receberá um encoder (6), para ajuste de velocidade manual.

Conforme pode ser observado na Figura 2, a invenção se destaca pelo fato de que, a boa eficiência associada a um menor custo, reside no uso, na Ponte H ou Ponte completa de IGBTs (3), de apenas quatro transistores (T); isso aliado ainda ao fato de que, para evitar a perda de torque em frequências altas, é utilizado um capacitor de menor valor que o convencional corrigindo problemas de torque. Para a eficiência do conjunto, a frequência foi limitada em no mínimo 40 Hz e, no máximo, 120 Hz, objetivando que o motor (4) funcione sem ser prejudicado pelo sistema.

Assim, a presente invenção consegue oferecer ao mercado de portas e portões automáticos um inversor de frequência para motor de indução monofásico com características de baixo custo e alta performance funcional, atendendo, com plenitude, as necessidades dos fabricantes e usuários destes tipos de produtos.

REIVINDICAÇÕES

Claims (6)

1) INVERSOR DE FREQUÊNCIA PARA MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS COM CAPACITOR, se destina ao uso particular em motores de indução monofásicos em portas e portões automáticos, CARACTERIZADO POR compreender uma fonte de alimentação 127V ou 220V Vca, com frequência de 50Hz ou 60Hz (1), que alimenta um retificador de onda completa com filtros (2), este com uma Ponte H ou Ponte completa de IGBTs (3) controlada pela unidade de controle (5), está fornecendo energia ao motor de indução monofásica (4) mais capacitor da bobina auxiliar.

2) INVERSOR DE FREQUÊNCIA PARA MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS COM CAPACITOR, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR a Ponte H ou Ponte completa de IGBTs (3) realizar chaveamento de frequência variável de 40 a 120Hz senoidal.

3) INVERSOR DE FREQUÊNCIA PARA MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS COM CAPACITOR, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR a Ponte H ou Ponte completa de IGBTs (3) possuir apenas quatro transistores (T).

4) INVERSOR DE FREQUÊNCIA PARA MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS COM CAPACITOR, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR o capacitor adicional ligado na bobina auxiliar do motor, eliminando o uso de um par de chaveadores e um controlador de chaveamento a mais.

5) INVERSOR DE FREQUÊNCIA PARA MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS COM CAPACITOR, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR controle da frequência de chaveamento da corrente fornecida da ponte H (3) para o referido motor (4).

6) INVERSOR DE FREQUÊNCIA PARA MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS COM CAPACITOR, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR, opcionalmente, possuir um encoder (6) junto ao motor (4).