BR102020017901A2

BR102020017901A2 - Método para definição automática de parâmetros de controle de capacidade de refrigeração em um inversor ou controlador

Info

Publication number: BR102020017901A2
Application number: BR102020017901-2A
Authority: BR
Inventors: Daniel Hense; Alexandre Cabral; Thiago Baratto De Albuquerque
Original assignee: Embraco Indústria De Compressores E Soluções Em Refrigeração Ltda.
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2020-09-01
Publication date: 2022-03-15
Also published as: WO2022047558A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para configuração automática de parâmetros ótimos de controle em um inversor. Mais especificamente, a presente invenção visa operar na fase de desenvolvimento de sistemas de refrigeração comercial e residencial que compreendam: compressores de velocidade variável controlado por inversor ou por controlador; degelo por resistência, gás quente, off-cycle ou ainda sistema sem degelo; capacidade variável de temperatura ambiente, ponto de ajuste do termostato e carga térmica (parâmetros que devem estar fixos durante a otimização); aumento de capacidade de acordo com a demanda e por perturbações (meia carga, pull down, abertura de porta e degelo).

Description

MÉTODO PARA DEFINIÇÃO AUTOMÁTICA DE PARÂMETROS DE CONTROLE DE CAPACIDADE DE REFRIGERAÇÃO EM UM INVERSOR OU CONTROLADOR

Campo Técnico

[001] A presente invenção refere-se a um método para definição automática de parâmetros de controle de capacidade de refrigeração em um inversor ou controlador.

[002] Mais especificamente, a presente invenção visa operar na fase de desenvolvimento de sistemas de refrigeração comercial e residencial que compreendam:

- evaporador;
- condensador;
- dispositivo de expansão;
- compressores de velocidade variável;
- degelo por resistência, gás quente, off-cycle ou ainda sistema sem degelo;
- dispositivo de controle de temperatura (termostato);
- aumento de capacidade de acordo com a demanda, por exemplo, recarga de produto dentro do refrigerador, pull down, abertura de porta e degelo.

[003] A aplicação de critérios de estabilização de variáveis durante processos de otimização possibilita a redução do tempo total para execução da otimização de parâmetros de controle.

Antecedentes da Invenção

[004] Atualmente, o desenvolvimento de sistemas de refrigeração contendo compressores de velocidade variável depende da utilização de parâmetros genéricos ou predefinidos.

[005] A seleção correta dos parâmetros é fundamental para garantir o bom funcionamento do sistema de refrigeração. Desse modo, sistemas de refrigeração contam com a utilização de um inversor, que se trata de um dispositivo eletrônico que armazena instruções, associado ao compressor para determinar sua lógica de operação.

[006] O inversor se trata de uma unidade que recebe parâmetros externos utilizados para controle de um compressor de velocidade variável.

[007] O pedido de patente brasileiro BR 11 2018 068330-2, intitulado "Sistema para entrada em operação para uma unidade de compressor refrigerante, bem como método para entrada em operação de uma unidade de compressor refrigerante", publicado em 15 de janeiro de 2019, refere-se a uma unidade de compressor de refrigerante, que compreende um compressor de refrigerante, um motor de acionamento elétrico para o compressor de refrigerante e um controle do compressor, o qual determina a tensão e a velocidade (número de rotações por minuto) do compressor com base nos conjuntos de parâmetros de configurações carregados nesse controle do compressor e controla o acionamento do motor de modo correspondente.

[008] O documento BR 11 2018 068330-2 realiza uma seleção de parâmetros pré-definidos em uma tabela, enquanto a presente invenção permite a definição destes parâmetros em tempo de desenvolvimento para estabelecer o funcionamento do compressor. Ademais, o referido documento não fornece ensinamentos em relação ao processo de obtenção e determinação dos referidos parâmetros para o dispositivo eletrônico de controle.

Sumário

[0010] A presente invenção é implementada em sistemas de refrigeração possuindo:

a) compressores de velocidade variável;
b) um inversor;
c) cargas térmicas;
d) um controlador (também mencionado na presente invenção como termostato);
e) opcionalmente degelo por gás quente, resistência ou ciclo desligado.

[0011] Ademais, há um dispositivo opcional de monitoramento responsável por medir, em tempo real, todas ou apenas algumas das variáveis de um sistema de refrigeração, tais como:

-Consumo/Potência/Tensão/Corrente da entrada do sistema de refrigeração;
-Consumo/Potência/Tensão/Corrente de cargas individuais presentes no sistema;
-Temperatura interna dos compartimentos;
-Temperatura interna de alguns objetos;
-Temperatura externa (ambiente); e
-Dados do inversor/controlador.

[0012] Além disso, o referido dispositivo de monitoramento pode possuir saídas externas, para utilização em testes de perturbação do sistema do refrigerador, como a abertura de portas, ou para controlar a temperatura da câmara em que o sistema de refrigeração se encontra durante os testes, a fim de facilitar o processo de determinação dos parâmetros.

[0013] O sistema conta ainda com a utilização de uma unidade de processamento para implementação de metodologias responsáveis por estabelecer os padrões ótimos de funcionamento para o compressor de acordo com os dados recebidos pelo dispositivo de monitoramento.

[0014] O conjunto de metodologias aplicadas buscam adequar esta série de parâmetros a um ponto mínimo de consumo do sistema, que garanta a capacidade de funcionamento ideal do compressor de velocidade variável, tais como a sua velocidade e o seu tempo de funcionamento.

[0015] Dentre os parâmetros que são obtidos pela lógica de otimização, podem ser listados:

a) Tempo de ciclo (Tc);
b) Velocidade ou capacidade Média de Ciclo (VC);
c) Alteração da velocidade de rotação entre ciclos (Arc);
d) Sensibilidade a perturbações da lógica de controle (Sp).

[0016] O método considera que durante a etapa de otimização para consumo de energia o sistema de refrigeração é deixado sob uma temperatura ambiente arbitrária e constante. Alterações na temperatura ambiente vão influenciar na variabilidade do resultado, que pode ser considerada pela unidade de processamento como aceitável se estiver dentro de limites de variação da temperatura ambiente ATamb, como critério para repetição de períodos de consumo até que a temperatura esteja dentro dos limites, ou como critério de interrupção dos testes.

[0017] O método considera, por padrão, que o sistema de refrigeração não sofre intervenções, durante o teste, que gerem uma elevação de carga térmica dentro do sistema (e.g. abertura de porta ou recarga) durante a etapa de otimização para consumo de energia, com exceção de possíveis degelos. A unidade de processamento pode receber indicações do usuário ou do dispositivo de monitoramento sobre quando intervenções não programadas ocorreram, para que possa decidir por reiniciar o processo desde o pull-down ou reiniciar o período de medição.

[0018] O tempo de ciclo Tc se refere ao tempo a ser definido para que o compressor complete seu ciclo ligado. Para este tempo existe uma velocidade média VC que é relacionada a uma capacidade média e que garante um consumo ótimo para o sistema. Com isso, a lógica de otimização busca encontrar quais valores de TC e VC trarão o menor consumo, garantindo a capacidade de refrigeração.

[0019] Após a definição do parâmetro ótimo de Tc, se o usuário julgar necessário ou se o sistema de refrigeração ainda não estiver completamente otimizado, é possível encontrar a alteração da velocidade de rotação entre ciclos (ARC) mínima que garanta a estabilidade do sistema.

[0020] Com a conclusão da etapa de definição da alteração da velocidade de rotação entre ciclos Arc adequada, o usuário também será capaz de determinar qual a sensibilidade a perturbações da lógica de controle, como por exemplo, e não limitada por, a ocorrência de recarga de produto dentro do refrigerador, pull down, abertura de porta e degelo. Nesta etapa, o usuário submete controladamente o sistema de refrigeração em determinadas condições de variação de demanda de capacidade de refrigeração, ou perturbações, para que a lógica consiga calibrar a "Sensibilidade" necessária para detectar tais variações.

[0021] Como exemplo, em um teste de recarga, que compreende abertura de porta e colocação de produto a uma temperatura arbitrária, com critério de temperatura máxima interna ao sistema de refrigeração medida de -15°C (aplicação típica de freezer), será possível determinar o ARC, TC, VC e SP que satisfaçam o critério de aprovação da lógica de controle de capacidade de refrigeração.

Breve Descrição dos Desenhos

[0022] Os objetivos e vantagens da presente invenção irão se tornar mais claros através da seguinte descrição detalhada dos exemplos e desenhos não-limitativos apresentados no final deste documento.

[0023] A figura 1 é uma representação esquemática do sistema da presente invenção.

[0024] As figuras 2 e 3 representam a lógica utilizada para obtenção de VC e TC para o consumo ótimo de um sistema de refrigeração.

[0025] A figura 4 representa as etapas do processo de otimização considerando os critérios de temperatura e de recuperação de degelo.

[0026] A figura 5 apresenta um gráfico de velocidade por tempo, demonstrando o funcionamento de um compressor durante o processo de otimização considerando os critérios de temperatura e de recuperação de degelo.

[0027] A figura 6 apresenta um gráfico de velocidade por tempo, em que são demonstrados os tempos ligados do compressor.

[0028] A figura 7 apresenta um gráfico de velocidade por tempo, em que são demonstrados os tempos desligados do compressor.

[0029] A figura 8 é uma representação exemplar do funcionamento do método para obtenção do VC e TC ótimos para o consumo mínimo de energia.

Descrição Detalhada

[0030] Os desenhos serão descritos detalhadamente com menção aos números de referência, sempre que possível. Os exemplos específicos utilizados ao longo da descrição são utilizados apenas para fins de clareza e não pretendem limitar a aplicabilidade da presente invenção.

[0031] A figura 1 é uma representação esquemática da solução proposta pela presente invenção, em que um dispositivo de monitoramento está conectado ao inversor e às cargas do sistema de refrigeração, bem como a uma unidade de processamento.

[0032] A conexão do dispositivo de monitoramento tem por objetivo realizar a leitura de variáveis físicas do sistema de refrigeração, tanto das cargas, quanto do inversor do compressor. A utilização deste dispositivo é opcional e visa apenas facilitar o uso do algoritmo, evitando que o usuário precise acompanhar algumas etapas do teste ou inserir dados médios (consumo de cargas, etc.) manualmente.

[0033] Os dados lidos por este dispositivo são enviados para uma unidade de processamento, que é responsável por realizar um processamento com tais variáveis, de modo a realizar a otimização dos parâmetros, a partir da implementação de uma sequência lógica de passos.

[0034] Ainda, a unidade de processamento também envia comandos e parâmetros para o dispositivo de monitoramento, a fim de realizar os testes no sistema de refrigeração. Os parâmetros são gravados no inversor e monitorados diretamente pelo dispositivo de monitoramento.

[0035] Em uma concretização alternativa, a unidade de processamento pode estar em outra localidade física ou residir em uma infraestrutura de computação em nuvem, onde o processamento é, então, realizado.

[0036] O sistema pode ser comandado e parametrizado remotamente a partir da unidade de processamento residente na infraestrutura de computação em nuvem, deste modo ele não necessita estar com um computador ligado diretamente ao sistema em teste, no local em que o sistema se encontra, necessitando apenas de acesso à internet.

[0037] O sistema de refrigeração possui um termostato que monitora a temperatura por meio de um ou mais sensores de temperatura, controla o acionamento de quantas cargas estiverem presentes no sistema, o degelo, bem como controla o funcionamento do inversor.

[0038] O controle do inversor pelo termostato pode ser no modo histerese, enviando um comando para ligar o compressor quando a temperatura interna do sistema de refrigeração está acima de um determinado limiar [TPON] , e enviando um comando para desligar o inversor quando esta temperatura está abaixo de um segundo limiar [TPOFF] .

[0039] Nesta condição, o inversor implementa uma lógica própria para determinação da velocidade de operação a fim de garantir a capacidade de refrigeração necessária.

[0040] O controle do inversor pelo termostato pode ser alternativamente feito por comando de velocidade de rotação do compressor. O estado da técnica para este tipo de comando é utilização de um sinal de frequência ou por comunicação serial, entre termostato e inversor. Neste caso o termostato define por um método próprio qual a velocidade em que o compressor deve operar.

[0041] Independentemente do tipo de controle do termostato, o tempo em que o termostato permitirá que o compressor funcione é inversamente proporcional à velocidade média de funcionamento do compressor no período. Quanto maior a velocidade, maior será a capacidade de refrigeração e menor será o tempo de funcionamento para alcançar a temperatura TPOFF .

[0042] A figura 2 descreve o método utilizado para encontrar parâmetros ótimos de operação do compressor de velocidade variável para o menor consumo de um sistema de refrigeração.

[0043] Neste método, considera-se que a velocidade ao longo do período de funcionamento do compressor pode ser constante ou variável (e.g. definida por um controlador PID), e que o valor médio da velocidade neste período implica em um determinado tempo para alcançar a temperatura TPoff.

[0044] Neste método, a velocidade média de ciclo ligado é definida pela unidade de processamento e informada para o componente responsável pela definição da velocidade, a fim de encontrar os parâmetros que acarretem um consumo de energia ótimo. Para isso são necessários alguns parâmetros iniciais:

• Velocidade média do primeiro ciclo de Varredura[V0] ;
• Existência de Degelo (Sim/Não);
• Tempo médio entre degelo (em caso de existência de degelo) [Tdef] ;
• Tempo máximo para atingir temperatura interna do sistema de refrigeração após degelo (se houver) [Trec] ;
• Número de ciclos avaliados (em caso de sistema sem degelo) [Nciclo] ;
• Número mínimo de ciclos [Nciclo_min] ;
• Período de avaliação [P] (unidade de tempo);
• Potência das cargas fixas com compressor ligado [CON] e desligado [COFF] (caso não seja utilizado o dispositivo de monitoramento);
• Velocidade de decremento [Vdec] ;
• Velocidade de incremento [Vinc] , menor que Vdec;

[0045] De maneira geral, o procedimento para encontrar o menor consumo compreende as etapas de:
I) Iniciar pelo processo de pull-down ou recuperação de temperatura; definir variável IT1=0;
II) Configurar a velocidade do compressor para Vatual = V0 - IT1 x Vdec;
III) Executar o sub-processo I em que o regime de operação atinja a estabilidade para ser medido o consumo Catual para Vatual;
IV) Compara Catual com Cprev

a) Caso Catual >= Cprev, esta etapa está concluída e continua a partir do passo V; definir variável IT2 = 0;
b) Caso contrário, incrementar IT1 = IT1 + 1, o que provocará uma redução em Vatual e repetir a partir do passo II.

V) Configurar a velocidade do compressor para Vatual = Vatual + IT2 x Vinc;
VI) Executar o sub-processo I em que o regime de operação atinge a estabilidade para ser medido o consumo Catual para Vatual;
VII) Comparar Catual com Cprev

a) Se Catual >= Cprev, definir os resultados de VC e TC da penúltima iteração IT2 como sendo os parâmetros para consumo de energia ótimos;
b) caso contrário incrementar IT2 = IT2 + 1, o que provocará a elevação de Vatual e repetir a partir do passo V.

[0046] A figura 3 apresenta com mais detalhes o sub-processo I:
I) Configurar a velocidade de operação do compressor para Vatual; e salvar o último consumo Cprev em CIIprev;
II) Iniciar o processo de cálculo de consumo atual CIIatual pelo período P;
III) Avaliar a diferença entre CIIprev e CIIatual;

a) Caso CIIprev - CIIatual <= Δ e este não seja o primeiro período de medição, concluir o processo, além de definir Catual = CIIatual e registrar Tc medido e Vatual na base de dados da unidade de processamento;
b) caso contrário, salvar CIIatual em CIIprev e repetir o passo II em diante.

[0047] Paralelamente à etapa de minimização de consumo pode-se utilizar o critério de quantidade mínima de ciclos de termostato Nciclo_mín durante o período P para garantir capacidade de refrigeração sobressalente ao sistema de refrigeração.

[0048] Se o número de ciclos durante o período P for menor que um valor mínimo de ciclos (Nciclo_min), isso significa que aquela velocidade média de ciclo ligado não é suficiente para uma capacidade sobressalente do sistema.

[0049] Deste modo, a velocidade média de ciclo ligado atual (Vatual) é incrementada em uma velocidade de incremento (Vinc) para uma nova verificação da quantidade de ciclos que ocorrerão durante o período P.

[0050] Mais especificamente, compreende as etapas de:

I) incrementar a velocidade de ciclo ligado atual (Vatual) por uma velocidade de incremento (Vinc) para uma nova verificação da quantidade de ciclos que ocorrerão durante o período P;
II) se a quantidade de ciclos for maior que o valor mínimo nessa nova velocidade, então definir que o consumo atual é o menor consumo para o sistema de refrigeração;
III) caso contrário, repetir esse processo até que o número de ciclos atual seja maior que o número de ciclos mínimo.

[0051] Após finalizado o processo, o usuário terá acesso aos dados de consumo do teste para cada iteração (por exemplo tempo de ciclo, velocidade média de operação) além dos parâmetros Vc e Tc que geraram o melhor consumo.

[0052] Estas informações podem ser então utilizadas como parâmetros para ajuste das lógicas responsáveis por determinar a velocidade instantânea de operação do compressor, sejam elas implementadas pelo termostato e/ou pelo inversor.

[0053] Em uma concretização adicional, quando o sistema de refrigeração apresenta períodos entre degelos muito longos (por exemplo, maiores que 15 horas), o degelo é desconsiderado, fazendo com que o cálculo de consumo seja baseado no número de ciclos avaliados (Nciclo). Ou seja, quando ocorre o degelo, o cálculo do consumo do período P de medição é descartado e reiniciado após o ciclo de degelo.

[0054] Em uma concretização alternativa, para os casos em que a recuperação do degelo é essencial (por exemplo, degelo por off-cycle ou por resistência) para o bom desempenho do sistema, após encontrar os parâmetros VC e TC é possível iniciar uma nova etapa para encontrar um VC um pouco maior e TC um pouco menor, mas que sejam ótimos para operar em conjunto com a recuperação de degelo.

[0055] Neste caso, o método utilizará duas velocidades diferentes:

a) Velocidade de ciclo normal (Vestab), que inicialmente terá o mesmo valor da velocidade VC encontrada no método para achar Vc e Tc ótimos;
b) Velocidade de pós degelo (Vrec), que, por exemplo, pode ser igual ou maior que a velocidade Vestab;

[0056] Em todos os ciclos a velocidade do compressor é definida em Vestab, exceto nos ciclos subsequentes ao degelo, em que a velocidade de ciclo atual (Vatual) é definida em Vrec.

[0057] Para iniciar o procedimento, o usuário precisará introduzir os critérios de temperatura do sistema. Ou seja, após o degelo, temperatura interna não pode ultrapassar um valor limite superior, devendo atingir temperatura alvo até o fim do período P.

[0058] Em uma concretização adicional, o critério de estabilização de temperatura pode ser definido a partir da estabilização da condição de operação ao final de dois períodos P de observação, podendo ser, mas não limitado ao valor instantâneo ou acumulado de potência, corrente, temperaturas ou dados internos do inversor/compressor.

[0059] A figura 4 representa as etapas do processo de otimização considerando o critério de temperatura e a recuperação de degelo. Mais especificamente, descreve as etapas de:
I) Iniciar o processo por um ciclo de recuperação de temperatura, que pode ser, mas não limitado a, um pull down seguido de um período P iniciando por um degelo, com velocidade de operação do compressor na máxima velocidade ou na velocidade de consumo ótimo VC;
II) Definir a velocidade de operação Vrec e Vestab como Vrec = Vc + K 1x Vinc_r e Vestab = Vc + K2 x Vinc_s. O processo inicia com K1=K2=0;
III) Enquanto o sistema de refrigeração opera pelo período P, computar os dados para avaliação do atendimento do critério de temperatura ou estabilidade;
IV) Ao final de um período P, avaliar se o critério de temperatura e/ou de estabilidade foi atendido;
V) Se o critério não foi atendido e

a) Vrec ainda estiver abaixo do valor máximo de operação do compressor Vmax, incrementar K1, elevando Vrec, e retornar ao passo II;
b) caso contrário, incrementar K2, elevando Vestab; VI) Se o critério de temperatura ou estabilidade foi alcançado, concluir o processo.

[0060] Deste modo, ao finalizar essa etapa, a velocidade de ciclo normal (Vestab) passa a ser considerada como VC ótimo e o tempo de ciclo correspondente como o TC ótimo para minimizar consumo de energia e garantir recuperação de temperatura após degelo; ao mesmo tempo, Vrec é a velocidade ideal para recuperação após degelo que garante estabilidade no regime de operação.

[0061] Na figura 5, apresenta-se um gráfico de velocidade por tempo, demonstrando o funcionamento de um compressor, onde Tdegelo é o tempo em que o compressor fica desligado e ocorre o degelo, e P representa o regime de funcionamento do compressor, o que inclui o período de degelo. As etapas (a) a (e) exemplificam o processo respeitando um critério de temperatura:

a) Período inicial de recuperação de temperatura, arbitrariamente utilizando VC ótimo;
b) Iniciar com Vrec = Vestab = Vc ótimo, mas temperatura interna não alcança o critério, e.g. ultrapassando o limite superior delimitado;
c) incrementar a velocidade Vrec (K1=1), mas a temperatura interna ainda não alcança o critério, e.g. ao final do período P a temperatura interna ainda não está suficientemente baixa;
d) incrementar mais uma vez Vrec (K1=2), mas a temperatura interna ainda não alcança o critério de recuperação, porém Vrec alcança o limite máximo permitido;
e) incrementar então Vestab (K2=1) em que a temperatura mínima é alcançada.

[0062] Ainda, a figura 5 pode exemplificar o processo de otimização respeitando um critério de estabilidade:

a) Período inicial de recuperação de temperatura, arbitrariamente utilizando VC ótimo e computar o resultado do período para verificação de estabilidade, e.g. potência ao final do período;
b) Iniciar com Vrec = Vestab = VC ótimo, computa-se resultado do período, e.g. número de ciclos de compressor ligado Nciclos ou potência, e compara com período anterior. Não é alcançada a estabilidade, e.g. Nciclos insuficiente ou potência alta ao final do período comparado com período anterior;
c) incrementar a velocidade Vrec (K1=1), mas critério de estabilidade ainda não é atingido, e.g. poucos ciclos realizados ou potência ainda alta ao final do período comparado com período anterior;
d) incrementar a velocidade Vrec (K1=2), mas critério de estabilidade ainda não é atingido, e.g. poucos ciclos ou potência ainda alta ao final do período comparado com período anterior; Vrec alcança o limite máximo permitido;
e) incrementar Vestab (K2=1) e, então, o critério de estabilidade é atingido, e.g. Nciclos adequado ou potência estável ao final do período comparado com período anterior.

[0063] O cálculo do consumo, quando houver degelo, pode ser feito dentro de um período P, que pode ser medido por um número mínimo de ciclos (Ncicios_min = 3,4,5...) entre a ocorrência de dois (ou mais) degelos ou durante um intervalo de tempo máximo (Tmax), para sistemas sem degelo automático.

[0064] Essa quantidade mínima de ciclos garante que o sistema tenha uma capacidade mínima para manter o seu conteúdo refrigerado dentro da temperatura correta.

[0065] A detecção de evento de degelo pela unidade de processamento permite a comparação do consumo entre dois períodos, pois a operação é cíclica com períodos de degelo intercalados com recuperação de temperatura. Deste modo, as medições sempre começam e terminam com eventos iguais.

[0066] O degelo é detectado a partir de:
um sinal indicativo enviado pelo termostato; ou
uma variação do tempo de ciclo ligado; ou
uma variação do tempo de ciclo desligado; ou
medição de grandezas elétricas das cargas.;

[0067] Os ciclos normais possuem ciclos ligados com duração de tempo bem regulares quando não há recarga ou abertura de porta. Deste modo quando há uma variação maior do que uma porcentagem (ΔON%max) do tempo do ciclo anterior, é possível depreender que esse ciclo se trata de um ciclo pós-degelo.

[0068] A figura 6 apresenta um gráfico de velocidade por tempo, em que são demonstrados os tempos ligados do compressor: T1ON, T2ON, T3ON.

[0069] Por exemplo, sendo T1ON um ciclo estabilizado, ao calcular a primeira variação entre os tempos T1ON e T2ON encontra-se um delta menor do que ΔON%max, isto significa que o ciclo T2 ainda está estabilizado.

[0070] Do mesmo modo, ao calcular a variação entre T2ON e T3ON, encontra se uma variação maior do que ΔON%max, sendo possível concluir que o ciclo T3 é um ciclo de pós-degelo e que o degelo ocorreu quando o compressor foi desligado após T2ON, ou durante T3ON.

[0071] Da mesma maneira que o ciclo ligado tem uma regularidade quando estável, o ciclo desligado também apresenta uma certa regularidade. Deste modo quando acontece um degelo no ciclo desligado, significa que o sistema desliga o compressor por mais tempo para fazer o degelo, e assim é possível determinar que um degelo está ocorrendo.

[0072] A figura 7 demonstra um gráfico de velocidade por tempo, em que são demonstrados os tempos desligados do compressor: T1OFF, T2OFF, T3OFF.

[0073] De maneira análoga à detecção no ciclo ligado, a detecção no ciclo desligado ocorre pela consideração de uma variação máxima ∆OFF%max.

[0074] Outra forma de detectar o degelo reside na medição de potência de saída das cargas do sistema. Com uma variação maior que ∆aquecedor_degelo entre TOFF consecutivos, quando o compressor está desligado, é possível inferir um degelo por resistência, do mesmo modo que ocorre com o compressor ligado, se houver uma variação maior que ∆degelo_HG, é possível identificar um degelo por gás quente.

[0075] A figura 8 é uma representação exemplar do funcionamento do método para obtenção do VC e TC ótimos para o consumo mínimo de energia.

[0076] Em um primeiro momento "a" o sistema realiza o pull down. Apenas depois do término desse é iniciada a varredura. Em "b", "c" e "d" a velocidade é decrementada em valores fixos até que o consumo deixe de reduzir entre uma iteração e outra.

[0077] Então a velocidade começa a ser incrementada em "e" e "f", agora em variações de velocidade menores, até se aproximar do ponto de operação ótimo, encontrando assim a velocidade "e", que representa a velocidade em que ocorre o menor consumo.

[0078] Com isso, obtém-se VC e TC ótimos para as condições de carga do sistema de refrigeração e temperatura ambiente.

[0079] Com a determinação de VC e TC ótimos, caso o sistema ainda não estiver estável ou se o usuário julgar necessário uma resposta mais rápida ou lenta a uma perturbação externa (abertura de porta, etc), é possível encontrar os valores limites para ARC que seja capaz de garantir a estabilidade do sistema.

[0080] Para encontrar os valores válidos para ARC, podem ser utilizados métodos matemáticos como a bissecção, método de Newton ou método das secantes.

[0081] Ademais, por padrão, o usuário não precisa inserir nenhum parâmetro adicional para inicialização do método de otimização do ARC. No entanto, ainda há a possibilidade de executar o processo de otimização a partir de etapas intermediarias com valores predefinidos de Velocidade V0, TC e/ou ARC.

[0082] Esse método encontra os valores limites de ARC que subtraído ou somado a VC produzam um tempo de compressor ligado TCnovo que obedece a seguinte condição:
T Cref x H % ≤ TCnovo ≤ T Cmax
em que:

- TCnovo representa o novo TC obtido;
- TCref representa o TC inserido pelo usuário ou o TC ótimo para consumo de energia;
- TCmax representa um valor máximo aceitável para TC, em que se considera que a capacidade de refrigeração do compressor é insuficiente frente às perdas; e
- H% é uma constante de histerese entre 0 e 1, definida para garantir que não ocorra a instabilidade no regime de operação.

[0083] O primeiro passo é aumentar a velocidade média em ciclos sucessivos, até que TCnovo =< TCref x H% seja satisfeito. O valor da velocidade média acrescido a Vref que produz TCref x H% é ARCmin.

[0084] O segundo passo é, a partir da velocidade Vref que gera TCref, reduzir a velocidade média em ciclos sucessivos até que o tempo de ciclo seja igual ou maior a TCmax. O valor de velocidade média decrescido de Vref que produz tempo de ciclo TCmax é ARCmax.

[0085] Outra etapa de suma importância está na determinação da sensibilidade SP a perturbações por intervenções que gerem um aumento de carga térmica dentro do sistema de refrigeração, e.g. abertura de porta, enquanto o compressor estiver em funcionamento. Porém, há perturbações que não são suficientemente grandes a ponto de exigir uma reação (aumento de velocidade) pelo inversor ou controlador.

[0086] Considera-se como pouco sensível, uma lógica de controle de velocidade que não reaja a uma grande perturbação com uma elevação imediata da velocidade para aumentar a capacidade de refrigeração. Já uma lógica muito sensível tem como característica elevar a velocidade agressivamente frente a uma perturbação leve.

[0087] A seleção da capacidade de refrigeração pelo inversor ou controlador é crítica tanto para redução do consumo de energia quanto para melhora na recuperação de temperatura. Uma lógica pouco sensível irá manter o compressor ligado por mais tempo a uma velocidade mais baixa do que o necessário, o que pode afetar a recuperação de temperatura. Uma lógica muito sensível pode resultar em um regime de operação com ciclos em alta velocidade desnecessariamente, o que afeta negativamente o consumo de energia.

[0088] A sensibilidade Sp é uma variação percentual de uma variável em observação, e pode ser definida como um parâmetro único ou como um conjunto de parâmetros, cada um associado a uma determinada reação, ou seja, variação da velocidade de rotação do compressor.

[0089] Também é importante que a lógica do inversor ou controlador esteja bem ajustada quanto a amplitude da reação no aumento da velocidade ARC_p, aplicando alteração de velocidade suficiente frente a uma perturbação para atender ao critério de temperatura com menor impacto no consumo de energia.

[0090] A variável de observação pode ser uma dentre: temperatura, consumo de energia, potência, corrente, tensão ou demais variáveis internas do inversor ou controlador contanto que sejam afetadas pela perturbação.

[0091] O presente método submete o sistema de refrigeração a perturbações de forma controlada para encontrar os parâmetros SP e ARC_p que otimizam o consumo de energia e atendam os requisitos de recuperação de temperatura. Para isso são necessários os seguintes parâmetros iniciais:

a) Temperatura Máxima interna ao compartimento TEMPmax;
b) Variação máxima de tempo de compressor ligado [T%] ;
c) Alteração da velocidade de rotação entre ciclos ARC;
d) Velocidade média VC ótima;
e) Tempo de ciclo Tc ótimo;
f) Incremento de energia Einc.

[0092] Para determinação da sensibilidade, pode-se utilizar uma resistência elétrica colocada internamente no sistema de refrigeração em teste, ou um atuador capaz de abrir e fechar a porta do sistema, ou qualquer outro mecanismo que gere um determinado grau de perturbação no sistema. Essa etapa segue os seguintes passos descritos a seguir:
I) Iniciar por um ciclo de recuperação de temperatura, seguido de um período P por um degelo, com velocidade máxima de operação do compressor ou na velocidade de consumo ótimo Vc;
II) Definir IT3 = 1 e a velocidade do compressor como Vatual = Vc;
III) Definir a energia de perturbação EP_atual = IT3 * Einc ;
IV) Aplicar uma perturbação de Ep_atual após o compressor ser ligado;
V) Enquanto o compressor opera, avaliar a temperatura interna e o tempo de operação TON;
Se TON < TC * (1+T%) e se temperatura interna TEMPi < TEMPmax, incrementar IT3=IT3 + 1 e retornar para passo III;
VI) Caso contrário, computar a sensibilidade SP na última iteração e registrar EP_prev = EP_atual.

[0093] Para a determinação de Arc_p são executados os passos descritos a seguir:
I) Iniciar por um ciclo de recuperação de temperatura, seguido de um período P por um degelo, com velocidade máxima de operação do compressor ou na velocidade de consumo ótimo VC;
II) Definir IT4 = 1;
III) Definir a velocidade do compressor ao ser ligado como Vini = VC e a velocidade após perturbação como VP = VC + IT4 * ARC;
IV) Aplicar uma perturbação de EP e alterar velocidade para VP após o compressor ser ligado;
V) Enquanto o compressor opera na velocidade VP, avaliar a temperatura interna e o tempo de operação TON;
Se TON > TC * (1+T%) ou se temperatura interna TEMPi >= TEMPmax, incrementar IT4 = IT4 + 1 e retornar para passo III;
VI) Caso contrário, computar a alteração de velocidade ARC_p = IT4 * ARC .

[0094] Alternativamente, é possível selecionar mais de um nível de sensibilidade. Neste caso, para cada intervalo é determinado o respectivo SP_i e o respectivo ARC_p_i para atendimento do critério de consumo de energia e temperatura.

[0095] O presente método permite ao usuário definir parâmetros ótimos para temperaturas ambientes de interesse. Para cada uma das temperaturas ambiente de interesse o processo é repetido, possibilitando a escolha do conjunto de parâmetros que otimiza ao mesmo tempo o consumo de energia, recuperação de temperatura em caso de perturbações ou degelo, estabilidade e sensibilidade.

[0096] Embora a presente invenção tenha sido descrita em relação a certas concretizações preferidas, deve ser entendido que não se pretende limitar a invenção a essas concretizações particulares.

[0097] Ao contrário, pretende-se abranger todas as alternativas, modificações e equivalências possíveis dentro do espírito e escopo da invenção, conforme definido pelas reivindicações anexas.

Claims

Método para definição automática de parâmetros de controle de capacidade de refrigeração em um inversor ou controlador caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
determinar o tempo de compressor ligado TC e velocidade média de ciclo VC para minimização do consumo seguindo etapas de otimização; e
determinar os valores limite de alteração de velocidade de rotação entre ciclos ARC; e
determinar critérios de alteração de velocidade para atender requisitos de recuperação de temperatura; e
definir a sensibilidade a perturbações SP.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de otimização do consumo compreende os passos de:
I) iniciar pelo passo de pull-down ou recuperação de temperatura e definir variável IT1=0;
II) configurar a velocidade do compressor para Vatual = V0 — IT1 x Vdec;
III) executar o sub-processo I até que o regime de operação atinja a estabilidade para ser medido o consumo Catual para uma Vatual;
IV) comparar Catual com Cprev
- a) caso Catual >= Cprev, esta etapa está concluída e continua a partir do passo V; definir variável IT2 = 0;
- b) caso contrário, incrementar IT1 = IT1 + 1 e repetir a partir do passo II;
V) configurar a velocidade do compressor para Vatual = Vatual + IT2 X Vine;
VI) executar o sub-proeesso I até que o regime de operação atinja a estabilidade para medição do consumo Catual para Vatual;
VII) comparar Catual com Cprev
- a) se Catual >= Cprev, definir os resultados de Vc e Tc da penúltima iteração IT2 como sendo os parâmetros para consumo de energia ótimos;
- b) caso contrário incrementar IT2 = IT2 + 1 e repetir a partir do passo V.
Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o sub-processo I da etapa de otimização de consumo compreende os passos de:
I) configurar a velocidade de operação do compressor para Vatual e salvar último consumo Cprev em CIIprev;
II) iniciar o processo de cálculo de consumo atual CIIatual pelo período P;
III) avaliar a diferença entre CIIprev e CIIatual;
- a) caso CIIprev - CIIatual <= Δ e este não seja o primeiro período de medição, concluir o sub-processo, além de definir Catual = CIIatual, registrar Tc medido e Vatual na base de dados da unidade de processamento;
- b) caso contrário, salvar CIIatual em CIIprev e repetir o passo II em diante.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que paralelamente à etapa de minimização de consumo pode-se utilizar o critério de quantidade mínima de ciclos de termostato Nciclo_min durante o período P para garantir capacidade de refrigeração sobressalente ao sistema de refrigeração, em que o método compreende ainda:
- I) incrementar a velocidade de ciclo ligado atual (Vatual) por uma velocidade de incremento (Vinc) para uma nova verificação da quantidade de ciclos que ocorrerão durante o período P;
- II) se a quantidade de ciclos for maior que o valor mínimo nessa nova velocidade, então definir que o consumo atual é o menor consumo para o sistema de refrigeração;
- III) caso contrário, repetir I) e II) até que o número de ciclos atual Nciclo seja maior que o número de ciclos mínimo Nciclo_min .
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que, quando o sistema de refrigeração apresenta períodos entre degelos muito longos, o degelo é desconsiderado e o cálculo do consumo do período P é zerado e reiniciado após o ciclo de degelo, levando em conta apenas o número de ciclos avaliados (Nciclo).
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, em sistemas onde a recuperação de temperatura pós-degelo é essencial para seu funcionamento, caracterizado pelo fato de que compreende iniciar uma nova lógica para encontrar uma velocidade média maior e TC menor que sejam ótimos para operar em conjunto com a recuperação de degelo, compreendendo:
I) utilizar duas velocidades diferentes:
- a) velocidade de ciclo normal (Vestab), que inicialmente terá o mesmo valor da velocidade encontrada para minimização de consumo;
- b) velocidade de pós degelo (Vrec) ;
II) introduzir os critérios de temperatura do sistema;
III) iniciar o processo por um ciclo de recuperação de temperatura, com velocidade de operação do compressor na velocidade máxima ou na velocidade de consumo ótimo VC;
IV) definir a velocidade de operação Vrec e Vestab como Vrec = Vc + K1 x Vinc_r e Vestab = Vc + K2 x Vinc_s, em que, inicialmente, K1=K2=0;
V) enquanto o sistema de refrigeração opera pelo período P, computar os dados para avaliação do atendimento do critério de temperatura ou estabilidade;
VI) ao final de um período P, avaliar se o critério de temperatura e/ou de estabilidade foi atendido;
VII) se o critério não foi atendido e
- a) Vrec ainda estiver abaixo do valor máximo de operação do compressor Vmax, incrementar K1, elevando Vrec, e retornar ao passo IV;
- b) caso contrário, incrementar K2, elevando Vestab;
VIII) se o critério de temperatura ou estabilidade foi alcançado, concluir o processo;
IX) considerar a velocidade de ciclo normal (Vestab) e o tempo de ciclo Tc como parâmetros ótimos para minimizar consumo de energia e garantir recuperação de temperatura após degelo.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o degelo é detectado a partir de:
- a) um sinal indicativo enviado pelo termostato; ou
- b) uma variação do tempo de ciclo ligado; ou
- c) uma variação do tempo de ciclo desligado; ou
- d) medição de grandezas elétricas das cargas.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os limites da alteração da velocidade de rotação entre ciclos ARC atendem a condição:
TCref x H % ≤ TCnovo ≤ TCmax
em que:
- - TCnovo representa o novo Tc obtido;
- - TCref representa o TC inserido pelo usuário ou o TC ótimo para consumo de energia;
- - TCmax representa um valor máximo aceitável para TC; e
- - H% é uma constante de histerese entre 0 e 1.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinação da sensibilidade SP compreende, a partir de uma perturbação no sistema de refrigeração, as etapas de:
I) iniciar por um ciclo de recuperação de temperatura, seguido de um período P por um degelo, com velocidade máxima de operação do compressor ou na velocidade de consumo ótimo VC;
II) definir IT3 = 1 e a velocidade do compressor como Vatual = Vc;
III) definir a energia de perturbação EP_atual = IT3 * Einc ;
IV) aplicar uma perturbação de Ep_atual após o compressor ser ligado;
V) enquanto o compressor opera, avaliar a temperatura interna e o tempo de operação TON;
se TON < TC * (1 + T%) e a temperatura interna TEMPi < TEMPmax, incrementar IT3=IT3 + 1 e retornar para passo III;
VI) caso contrário, computar a sensibilidade Sp na última iteração e registrar Ep_prev = Ep_atual.
Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que, para a determinação de ARC_P, são executadas adicionalmente as etapas de:
I) iniciar por um ciclo de recuperação de temperatura, seguido de um período P por um degelo, com velocidade máxima de operação do compressor ou na velocidade de consumo ótimo VC; II) definir IT4 = 1;
III) definir a velocidade do compressor ao ser ligado como Vini = Vc e a velocidade após perturbação como VP = VC + IT4 * ARC;
IV) aplicar uma perturbação de Ep e alterar velocidade para Vp após o compressor ser ligado;
V) enquanto o compressor opera na velocidade Vp, avaliar a temperatura interna e o tempo de operação TON;
se TON > TC * (1+T%) ou se temperatura interna TEMPi >= TEMPmax, incrementar IT4 = IT4 + 1 e retornar para passo III;
VI) caso contrário, computar a alteração de velocidade Arc_p = IT4 * Arc .