BR102020024060A2

BR102020024060A2 - Processos de posicionamento de um pistão de um compressor recíproco

Info

Publication number: BR102020024060A2
Application number: BR102020024060-9A
Authority: BR
Inventors: Claudio Eduardo Soares; Filipe Guolo Nazário
Original assignee: Embraco Indústria De Compressores E Soluções Em Refrigeração Ltda.
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2022-06-07
Also published as: JP2023550387A; EP4251881A1; WO2022109700A1; CN116636131A; US20240026869A1

Abstract

Processo de posicionamento de um pistão (500) de um compressor recíproco, aplicado antes do início de um procedimento de partida de um motor BLDC (100), o compressor recíproco, compreendendo:

- o motor BLDC (100) com um rotor (400) associado mecanicamente ao pistão (500);
- um inversor de frequência (200);
- um sensor de corrente (201);
- uma unidade de processamento (300) compreendendo um controlador de corrente (301) e uma unidade de comando (302);

sendo que as chaves (S1-S6) são acionadas pela unidade de processamento (300) para controlar as correntes elétricas (IA, IB, IC) aplicadas às fases (FA, FB, FC), respectivamente, do motor BLDC (100); sendo que a novidade consiste basicamente em que em cada nova etapa do processo de posicionamento, o valor de uma corrente inicial é superior ou igual ao valor da corrente inicial de uma etapa anterior; e
em cada nova etapa, o valor de uma corrente máxima é superior ou igual ao valor da corrente máxima da etapa anterior, ajustando a corrente em cada posição a fim de evitar o retorno do pistão e a oscilação mecânica a cada nova etapa do processo de posicionamento.

Description

PROCESSOS DE POSICIONAMENTO DE UM PISTÃO DE UM COMPRESSOR RECÍPROCO

Campo Técnico

[1] A presente invenção se refere a compressores recíprocos que compreendem um motor síncrono trifásico de corrente contínua sem escovas (BLDC) que gera tensões induzidas em formato trapezoidal e um inversor de tensão trifásico utilizado no acionamento do motor BLDC.

[2] Mais especificamente, a presente invenção se refere a processos de posicionamento de um pistão de um compressor recíproco, processos estes que são aplicados antes do início do procedimento de partida do motor BLDC.

Antecedentes da Invenção

[3] O processo de posicionamento do pistão do compressor recíproco, antes do início do procedimento partida do motor BLDC, é uma etapa muito importante para obtenção de um bom desempenho de partida nos compressores recíprocos, especialmente nas condições de partida com pressões desequalizadas. Para que o pistão seja posicionado de forma adequada, ele deve ser movimentado no sentido reverso pelo rotor, associado mecanicamente ao pistão, de tal forma que o pistão fique posicionado próximo do seu ponto morto superior. Caso o pistão não fique posicionado de forma adequada, devido, por exemplo, à força exercida pelo gás refrigerante sobre o pistão, o motor pode perder seu sincronismo e o subsequente procedimento de partida pode falhar, causando diversos contratempos.

[4] A fim de descrever os problemas atualmente enfrentados no estado da técnica, a Figura 1 da técnica anterior ilustra um diagrama de um sistema de controle típico de um motor BLDC aplicado em um compressor recíproco compreendendo um inversor de frequência 200 utilizado para o acionamento de um motor BLDC 100. Tipicamente, o inversor de frequência compreende uma fonte de alimentação de corrente contínua Vcc, que pode ser fornecida por um estágio conversor na entrada, e chaves S1-S6 (que consistem, por exemplo, em transistores) associadas em paralelo aos seus respectivos diodos de roda-livre D1-D6. Conforme pode ser observado na Figura 1 do estado da técnica, as chaves S1-S6 estão operativamente associadas ao motor BLDC 100 e a uma unidade de processamento 300, a unidade de processamento 300, que compreende um controlador de corrente 301 e uma unidade de comando 302, está associada a um sensor de corrente 201 localizado no barramento, sensor de corrente 201 este utilizado para medir a corrente que circula pelo motor BLDC 100 de maneira indireta por meio do sensoriamento da corrente do barramento Ibus. As chaves S1-S6 sendo comutadas por meio da unidade de processamento 300 com base no sinal de controle, definido pelo controlador de corrente 301, e em uma determinada sequência de comutação, definida pela unidade de comando 302, a fim de controlar as correntes elétricas Ia, Ib e Ic aplicadas, respectivamente, às fases FA, FB e FC do motor BLDC 100. Vale ressaltar que o modo como se efetua a comutação das chaves S1-S6 depende do tipo de técnica de controle empregada.

[5] Nesse sentido, existem diversas técnicas de controle para o acionamento de motores BLDC compreendendo, por exemplo, controle vetorial, controle direto de torque (direct torque control - DTC), controle trapezoidal ou “seis passos”. O controle por “seis passos” é amplamente utilizado para o acionamento de motores BLDC devido a sua baixa complexidade de implementação, custo do conjunto inversor/motor e excelente compromisso de eficiência.

[6] Na técnica de controle por “seis passos”, a partida de motores BLDC é tipicamente realizada da seguinte forma: Etapa 1 - uma corrente contínua é injetada no motor, fazendo com o que seu rotor se desloque para uma posição estável e conhecida; Etapa 2 – uma vez que o rotor esteja adequadamente posicionado, o inversor comuta as chaves de maneira assíncrona, ou seja, sem monitorar o posicionamento real do rotor. Na medida em que o rotor se movimenta, a unidade de processamento é capaz de detectar a posição real do motor e acioná-lo de forma síncrona. Na técnica de controle por “seis passos”, existem seis combinações possíveis para a comutação das chaves S1-S6 e seis posições elétricas, conforme pode ser observado na Figura 2 da técnica anterior, onde as barras escuras representam as chaves S1-S6 sendo comutadas, tipicamente por 120 graus elétricos.

[7] No entanto, nenhuma das técnicas de controle acima descritas leva em consideração os requisitos adicionais relativos ao acionamento de um compressor recíproco, de modo que se o pistão estiver próximo à etapa de compressão, no momento em que se inicia o procedimento de partida, o motor enfrentará uma região de alto torque resistente, devido à pressão do gás refrigerante sobre o pistão. Como o motor ainda não possui momento suficiente (e consequente acúmulo de energia cinética) para vencer esse torque resistente, há grande possibilidade de que a partida falhe e precise ser novamente iniciada. A Figura 3 da técnica anterior mostra o perfil de pressão e de torque resistente que o motor deve vencer a cada ciclo mecânico, e a Figura 4 da técnica anterior ilustra o comportamento da velocidade do motor, desde a partida, sujeito a uma carga tal como descrita na Figura 3, para os compressores recíprocos. Nota-se, a partir da Figura 4 da técnica anterior, que a velocidade do motor oscila bastante, alternando momentos de aceleração e desaceleração, conforme o compressor alterna as etapas de sucção e descarga. Notase ainda, a partir da Figura 4 da técnica anterior, que na primeira volta o motor perde bastante velocidade durante o primeiro ciclo de compressão, com a velocidade chegando próximo a zero, mas consegue se recuperar após vencer o primeiro ciclo de compressão e acelera bastante na continuação.

[8] Assim sendo, vários documentos da técnica anterior apresentam processos de posicionamento de pistão em que o referido pistão não é posicionado de forma aleatória, ou seja, o pistão fica próximo do seu ponto morto superior (também denominado de ponto de torque máximo) antes de iniciar-se o procedimento de partida em si. Após se realizar um processo de posicionamento dessa forma, quando o procedimento de partida for iniciado, o motor ganhará velocidade e momento de inércia suficientes para vencer o torque resistente, gerado pela pressão do gás refrigerante sobre o pistão. Por exemplo, os documentos da técnica anterior CN102739123, US20060120898, US5801500, KR20100058203 e US 20070085501 descrevem processos de posicionamento em que o pistão alcança seu ponto morto superior antes do início do procedimento de partida. Vale destacar que, se durante o processo de posicionamento, não houver um controle adequado da corrente que é aplicada ao motor, existe o risco de o torque do motor ficar abaixo do torque resistente, levando à perda do sincronismo do motor e, consequentemente, à falha da partida.

[9] De acordo com as Figuras 5(a), (b) e (c) do estado da técnica, os processos de posicionamento atualmente utilizados consistem, basicamente, em levar o pistão 500 de uma primeira posição, próxima do ponto morto inferior 501 , até uma posição final, onde o pistão 500 alcança seu ponto morto superior 502. Esse posicionamento é realizado injetando-se corrente no motor, sucessivamente, em diversas etapas do processo de posicionamento, de forma que o pistão se mova, etapa a etapa, da primeira posição até a posição final (ponto morto superior). Conforme pode ser observado na Figura 5a, 5b e 5c do estado da técnica, o processo de posicionamento compreende seis posições elétricas E1-E6 e dezoito posições mecânicas M1-M18 para um motor com 3 pares de pólos, ou seja, cada volta elétrica corresponde a seis posições mecânicas, de modo que uma mesma posição elétrica corresponde a três posições mecânicas. Naturalmente, quanto maior for o número de polos do motor, mais posições mecânicas irão existir no processo de posicionamento para uma mesma posição elétrica.

[10] De acordo com a Figura 6 da técnica anterior, em uma primeira etapa do processo de posicionamento, a corrente é injetada partindo-se do valor zero e é incrementada até o valor máximo possível, o que resulta em um torque máximo no motor, fazendo com que o pistão se desloque de uma primeira posição para uma segunda posição. Aguarda-se um determinado período de estabilização e, então, injeta-se, em uma segunda etapa do processo de posicionamento, novamente a corrente partindo do valor zero e sendo incrementada até o valor máximo possível, fazendo com o que o pistão se desloque da segunda posição para uma terceira posição. Essas etapas devem ser realizadas até que o pistão alcance a sua posição final (ponto morto superior) a fim de ficar na posição para se iniciar o procedimento de partida.

[11] No entanto, à medida em que o pistão se aproxima do ponto morto superior, o gás refrigerante comprimido aumenta a força exercida sobre o referido pistão, gerando uma pressão que se opõe ao processo de posicionamento. Assim, uma vez que em cada etapa do processo de posicionamento a corrente se inicia com o valor zero, a força exercida pelo gás refrigerante pode mover o pistão para uma determinada posição anterior àquela em que foi posicionado e, ao incrementar o valor dessa corrente, o pistão pode ser posicionado de forma incorreta, dessincronizando o motor, o que pode resultar na falha da partida. Esse problema pode ser visualizado na Figura 7 da técnica anterior.

[12] Na Figura 7, e nas figuras 9, 11 e 14 subsequentes, observa-se uma curva com a posição do pistão 500 obtida a partir do sensoriamento por um transdutor de posição (não ilustrado), a curva representando o deslocamento do pistão 500 a partir do seu ponto morto inferior 501 até o seu ponto morto superior 502.

[13] De acordo com a Figura 7 da técnica anterior, ao iniciar a corrente com o valor zero, o pistão pode retornar, por exemplo, da quarta posição mecânica M4 para a sexta posição mecânica M6, e ser posicionado incorretamente na nona posição mecânica M9 com o incremento da corrente. Isso ocorre porque, conforme comentado anteriormente, cada posição elétrica está associada a três posições mecânicas. Dessa forma, uma vez que a nona posição mecânica M9 corresponde à terceira posição mecânica M3 em termos de posição elétrica, ambas relacionadas à terceira posição elétrica E3, o sistema de controle não consegue “perceber” a diferença das posições mecânicas e continua o processo de posicionamento de forma incorreta na posição mecânica M9. Esse posicionamento incorreto do pistão, resultante da força exercida pelo gás refrigerante, dessincroniza o motor, o que pode resultar na falha da partida.

[14] Uma técnica conhecida para superar o posicionamento incorreto do pistão, resultante da força exercida pelo gás refrigerante, compreende injetar, em cada etapa do processo de posicionamento, uma corrente sempre com valor máximo.

[15] Assim, quando da passagem de uma determinada etapa para uma nova etapa, a corrente injetada no motor BLDC não se inicia mais com valor zero, mas com o valor máximo possível, conforme pode ser observado na forma de onda das correntes ia, ib e ic das Figura 8 e 9 do estado da técnica.

[16] Essa técnica supera os riscos de falha durante o processo de posicionamento, mas adiciona uma variação abrupta no torque do motor BLDC, quando da passagem de uma determinada etapa para uma nova etapa no dito processo, quando o pistão 500 estiver próximo ao seu ponto morto inferior 501 devido ao torque baixo. Essa variação abrupta gera uma resposta subamortecida do motor BLDC 100, e oscilações mecânicas no início de cada etapa, conforme pode ser observado no gráfico da Figura 9, podendo gerar vibrações e ruídos no motor BLDC 100 e no compressor.

[17] Adicionalmente, é importante notar que o torque aplicado ao motor BLDC 100 é proporcional à corrente elétrica injetada no motor BLDC 100 e ao seno do ângulo entre a posição atual do rotor 400 e a nova posição do rotor 400, conforme apresentado abaixo:
τ = k.i.sen(δ), em que
τ - torque mecânico gerado no motor BLDC 100;
i – corrente elétrica injetada no motor BLDC 100;
k – constante de dependência do projeto (aspectos mecânicos e elétricos); e
δ − ângulo entre a posição atual do rotor 400 e a nova posição do rotor 400.

[18] Como k depende de aspectos construtivos, e o processo de acordo com essa técnica sempre injeta o mesmo valor de corrente em cada etapa, ou seja, a corrente com valor máximo, o torque desenvolvido no motor BLDC 100 será sempre o mesmo em cada etapa do processo de posicionamento, independentemente de o pistão 500 estar mais próximo ou mais distante do seu ponto morto superior. No entanto, à medida em que o pistão 500 sai da primeira posição, onde está próximo do seu ponto morto inferior, e se aproxima da posição final, onde está próximo do seu ponto morto superior, o gás refrigerante começa a ser comprimido, exercendo uma força sobre o pistão 500 que prejudica o processo de posicionamento. É importante notar que a força exercida pelo gás refrigerante sobre o pistão 500 atinge seu valor máximo quando o pistão 500 está próximo do seu ponto morto superior.

[19] Desse modo, fica claro que o valor do torque necessário para que o motor BLDC 100 não perca o sincronismo durante o processo de posicionamento é dinâmico, começa em praticamente zero e aumenta sempre que o pistão 500 troca de posição e se aproxima do seu ponto morto superior. Conforme o pistão 500 se aproxima do ponto morto superior, maior será a força exercida pelo gás refrigerante, e maiores serão os valores de torque e de tempo necessários para que o motor BLDC 100 se estabilize em uma nova posição do pistão 500, conforme pode ser observado na Figura 9.

[20] Assim sendo, a técnica anterior não proporciona um processo de posicionamento ideal, que evite os problemas acima descritos.

[21] Adicionalmente, a técnica anterior também não possibilita o controle adequado das correntes com passos menores do que 60 graus elétricos e com condução das três fases do motor quando se utiliza apenas um sensor de corrente no barramento.

Sumário

[22] O objetivo da presente invenção consiste em prover um processo de posicionamento de um pistão próximo ao seu ponto motor superior que evite os inconvenientes da técnica anterior.

[23] Este objetivo é alcançado por meio de um processo de posicionamento de um pistão de um compressor recíproco, aplicado antes do início de um procedimento de partida de um motor BLDC, o compressor recíproco, compreendendo:

- o motor BLDC com um rotor associado mecanicamente ao pistão;
- um inversor de frequência, utilizado no acionamento do motor BLDC, que compreende seis chaves;
- um sensor de corrente posicionado no barramento;
- uma unidade de processamento compreendendo um controlador de corrente e uma unidade de comando para comutar as chaves;

sendo que as chaves são acionadas pela unidade de processamento com base no sinal de controle, definido pelo controlador de corrente, e com base na sequência de comutação, definida pela unidade de comando, em uma determinada etapa do processo de posicionamento, para controlar as correntes elétricas aplicadas às fases do motor BLDC;
em que:
em cada nova etapa, o valor de uma corrente inicial é superior ou igual ao valor da corrente inicial de uma etapa anterior; e
em cada nova etapa, o valor de uma corrente máxima é superior ou igual ao valor da corrente máxima da etapa anterior.

[24] Convenientemente, o processo de acordo com a presente invenção consiste no fato de que o valor da corrente inicial e o valor da corrente máxima dependem da posição do pistão.

[25] O processo de acordo com a presente invenção consiste ainda no fato de que quanto mais distante o pistão estiver do seu ponto morto superior, menor será o valor da corrente inicial e menor será o valor da corrente máxima na nova etapa do processo de posicionamento.

[26] O processo de acordo com a presente invenção consiste também no fato de que o tempo de estabilização do motor BLDC, em cada etapa do processo de posicionamento, é variável, sendo mais curto nas primeiras etapas e mais longo nas etapas finais.

[27] Uma das vantagens do processo de acordo com a presente invenção consiste em reduzir o consumo de energia durante o processo de posicionamento, otimizando a injeção de corrente conforme a necessidade de torque, melhorando a eficiência final do sistema.

[28] Uma outra vantagem do processo de acordo com a presente invenção consiste em diminuir o aquecimento do motor consequente de diversas partidas sequenciais, necessárias quando as partidas são mal sucedidas nos eventos de perda de sincronismo do motor.

[29] Uma vantagem adicional do processo de acordo com a presente invenção consiste em reduzir o ruído e a vibração durante o processo de posicionamento.

[30] A presente invenção também provê um processo de posicionamento de um pistão de um compressor recíproco, aplicado antes do início de um procedimento de partida de um motor BLDC, o compressor recíproco, compreendendo:

sendo que as chaves são acionadas pela unidade de processamento com base no sinal de controle, definido pelo controlador de corrente, e com base na sequência de comutação, definida pela unidade de comando, em uma determinada etapa do processo de posicionamento, para controlar as correntes elétricas aplicadas às fases do motor BLDC;
em que:
a unidade de processamento aciona as chaves em 150 graus elétricos, sendo que até três chaves podem ser acionadas simultaneamente em cada posição elétrica.

[31] Covenientemente, o processo de acordo com a presente invenção consiste no fato de que o acionamento das chaves em 150 graus elétricos resulta em doze posições elétricas de acionamento.

[32] O processo de acordo com a presente invenção consiste também no fato de que quando três das chaves são acionadas simultaneamente, as chaves que têm o acionamento sobreposto pela extensão do acionamento para 150 graus elétricos devem receber o mesmo sinal de controle.

[33] Além disso, o processo de acordo com a presente invenção consiste no fato de que se aplica modulação por largura de pulso somente nas chaves superiores do inversor de frequência.

[34] Uma vantagem adicional do processo de acordo com a presente invenção consiste em reduzir o ruído e a vibração durante o processo de posicionamento.

[35] A presente invenção provê ainda um processo de posicionamento de um pistão de um compressor recíproco, aplicado antes do início de um procedimento de partida de um motor BLDC, que combina os processos definidos anteriormente.

[36] Além disso, os processos de acordo com a presente invenção consistem no fato de que o processo de posicionamento do pistão é finalizado quando o pistão estiver próximo do seu ponto morto superior.

[37] Ainda, o processo de acordo com a presente invenção consiste em que o pistão está próximo do seu ponto morto superior quando o referido pistão se encontra a uma ou duas posições do seu ponto morto superior.

[38] Uma outra vantagem do processo de acordo com a presente invenção consiste em evitar a perda de sincronismo durante o processo de posicionamento através da manutenção do torque do motor por meio da aplicação de um corrente inicial ajustada conforme a posição do pistão a cada etapa do processo de posicionamento, evitando os vales no torque do motor decorrentes da rampa de corrente após cada troca de posição.

Breve Descrição dos Desenhos

[39] 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:

[40] A Figura 1 ilustra esquematicamente alguns elementos construtivos de um compressor recíproco do estado da técnica;

[41] A Figura 2 ilustra a comutação das chaves quando da utilização da técnica de controle de “seispassos”, com patamar de 120 graus elétricos, do estado da técnica;

[42] A Figura 3 ilustra o perfil de pressão e de torque resistente que o motor deve vencer em cada ciclo de compressão, desde a partida, conforme o estado da técnica;

[43] A Figura 4 ilustra o comportamento da velocidade devido ao perfil de torque do compressor, desde a partida, conforme o estado da técnica;

[44] A Figura 5a ilustra uma possível primeira posição do pistão;

[45] A Figura 5b ilustra uma possível posição intermediária do pistão;

[46] A Figura 5c ilustra uma possível posição final do pistão;

[47] A Figura 6 ilustra a corrente sendo injetada em perfil de rampa nas fases do motor para levar o pistão à posição desejada, conforme o estado da técnica;

[48] A Figura 7 ilustra um caso prático de processo de posicionamento, de acordo com o estado da técnica, onde a curva superior mostra a aquisição da posição real do pistão;

[49] A Figura 8 ilustra a injeção de uma corrente no valor máximo em cada etapa do processo de posicionamento de acordo com o estado da técnica;

[50] A Figura 9 ilustra uma aplicação do processo de posicionamento acordo com o estado da técnica;

[51] A Figura 10 ilustra a primeira concretização do processo de acordo com a presente invenção;

[52] A Figura 11 ilustra uma aplicação da primeira concretização do processo de acordo com a presente invenção;

[53] A Figura 12 ilustra a segunda concretização do processo de acordo com a presente invenção, quando da comutação das fases do motor com patamar de 150 graus elétricos;

[54] A Figura 13 ilustra, para alguns tipos de motores BLDC, a redução pela metade do ângulo entre duas posições, quando da utilização de comutações em 150 graus elétricos; e

[55] A Figura 14 ilustra a terceira concretização do processo de acordo com a presente invenção, que consiste na concretização preferida da invenção.

Descrição Detalhada

[56] Para superar os problemas da técnica anterior, o presente pedido propõe três concretizações de processo de posicionamento de pistão 500 aplicado antes do início de um procedimento de partida de um motor BLDC 100.

[PRIMEIRA CONCRETIZAÇÃO]

[57] Uma primeira concretização do processo de acordo com a presente invenção propõe controlar o torque gerado no motor BLDC 100, em função da posição do pistão 500, por meio de um controle do valor da corrente inicial em cada etapa do processo de posicionamento, e, simultaneamente, por meio de um controle do valor da corrente máxima em cada etapa.

[58] A Figura 10 ilustra, de forma exemplificativa, a segunda concretização do processo de acordo com a presente invenção. Conforme pode ser observado a partir da Figura 10, o valor da corrente inicial Is0, Is1, Is2, ..., IsN, em cada etapa, é ajustado para compensar o aumento do torque conforme o pistão 500 se afasta do ponto morto inferior 501 e se aproxima do ponto morto superior 502. Observa-se também na Figura 10, que tanto o valor da corrente inicial Is0, Is1, Is2, ..., IsN como o valor da corrente máxima Im0, Im1, Im2, ...., ImN, em cada etapa, aumentam gradativamente, e, sendo assim, o valor das correntes inicial e máxima aumenta conforme o pistão 500 se aproxima do ponto morto superior 502. Dessa forma, nas etapas seguintes do processo de posicionamento da primeira concretização de acordo com a presente invenção, o valor da corrente inicial Is0, Is1, Is2, ..., IsN e o valor da corrente máxima Im0, Im1, Im2, ...., ImN devem ser maiores ou iguais do que os valores das etapas anteriores, conforme abaixo:
Is0 ≤ Is1 ≤ Is2 ≤ ... ≤ IsN
Im0 ≤ Im1 ≤ Im2 ≤ ... ≤ ImN, em que
Is – valor inicial da corrente em cada etapa do processo de posicionamento;
Im – valor máximo da corrente em cada etapa do processo de posicionamento; e
N – número de etapas do processo de posicionamento.

[59] Dessa forma, uma vez que as etapas onde o motor BLDC 100 desenvolve um alto torque são as etapas onde também há um alto torque resistente, há um equilíbrio de torques, limitando-se as oscilações mecânicas do motor BLDC 100 que podem gerar ruídos e vibrações. A Figura 11 ilustra uma aplicação da segunda concretização do processo de acordo com a presente invenção. Neste caso, a corrente inicial Is foi aumentando a cada posição, mas o valor máximo da corrente permaneceu igual durante todo o processo Im.

[SEGUNDA CONCRETIZAÇÃO]

[60] Uma segunda concretização do processo de acordo com a presente invenção compreende diminuir o tamanho das etapas do processo de posicionamento. Dessa forma, com mais etapas de posicionamento, o ângulo entre a posição atual e a nova posição do rotor 400, em cada etapa, passa a ser menor, e, consequentemente, a oscilação mecânica decorrente de uma troca de posição também passa a ser menor.

[61] Para que isso seja possível, realiza-se o acionamento das chaves S1-S6 em 150 graus elétricos, conforme apresentado na Figura 12, ao invés de 120 graus elétricos, como no estado da técnica, resultando em doze posições elétricas de acionamento. As novas posições de acionamento são compostas pela sobreposição das posições E1 e E2, formando a nova posição E12; das posições E2 e E3, formando a nova posição E23; das posições E3 e E4, formando a nova posição E34; das posições E4 e E5, formando a nova posição E45; das posições E5 e E6, formando a nova posição E56; e das posições E6 e E1 formando a nova posição E61.

[62] Ainda de acordo com a Figura 12, percebe-se que o acionamento em 150 graus elétricos é realizado de forma diferente, quando comparado ao acionamento em 120 graus elétricos. Como pode ser observado na Figura 12, o acionamento em 150 graus elétricos aciona duas ou três das chaves S1-S6 simultaneamente, diferentemente do acionamento em 120 graus elétricos, em que somente duas das chaves S1- S6 são acionadas de forma simultânea.

[63] Com referência à Figura 12, para que o controle da corrente seja feito de forma apropriada com apenas um sensor de corrente no barramento, quando três das chaves S1-S6 são acionadas simultaneamente, o sinal de controle aplicado às chaves que tem o acionamento sobreposto pela extensão do acionamento para 150 graus elétricos, deve ser igual. Por exemplo, quando as chaves S1, S4 e S6 são acionadas, na nova posição elétrica E12, as chaves S4 e S6, que tem o acionamento sobreposto pela extensão do acionamento para 150 graus elétricos, recebem o mesmo sinal de controle, sendo acionadas de forma contínua. Alternativamente, na nova posição E23, as chaves S1 e S3 recebem o mesmo sinal de controle, sendo aplicada a mesma modulação por largura de pulso em ambas as chaves.

[64] Ainda com referência à Figura 12, a aplicação de modulação por largura de pulso somente nas chaves superiores do inversor de frequência 200, permite amenizar as condições de contorno para o projeto dos drivers responsáveis pelo acionamento das chaves S1-S6, em especial, dos capacitores de bootstrap que compõem estes drivers.

[65] A Figura 13 apresenta, para alguns tipos de motores BLDC 100, a redução pela metade do ângulo entre uma posição atual e uma nova posição do rotor 400. Ao se utilizar um ângulo de amplitude minimizada, os efeitos do deslocamento a cada troca de posição do motor BLDC 100 são minimizados.

[TERCEIRA CONCRETIZAÇÃO]

[66] Uma terceira e preferida concretização do processo de acordo com a presente invenção compreende combinar a segunda e a terceira concretizações, ou seja, uma comutação em 150 graus elétricos com controle de corrente em cada etapa do processo de posicionamento. A Figura 14 ilustra, de forma exemplificativa, uma aplicação da terceira concretização do processo de acordo com a presente invenção.

[67] Para todas as concretizações acima descritas, o processo de posicionamento é finalizado quando o pistão 500 se encontra próximo do seu ponto morto superior 502, ou seja, a uma ou duas posições de distância do seu ponto morto superior 502.

[68] Além das concretizações apresentadas anteriormente, o mesmo conceito inventivo poderá ser aplicado a outras alternativas ou possibilidades de utilização da invenção, por exemplo, em compressores de ar.

[69] 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. 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

Processo de posicionamento de um pistão (500) de um compressor recíproco, aplicado antes do início de um procedimento de partida de um motor BLDC (100), o compressor recíproco, compreendendo:
- - o motor BLDC (100) com um rotor (400) associado mecanicamente ao pistão (500);
- - um inversor de frequência (200), utilizado no acionamento do motor BLDC (100), que compreende seis chaves (S1-S6);
- - um sensor de corrente (201) posicionado no barramento;
- - uma unidade de processamento (300) compreendendo um controlador de corrente (301) e uma unidade de comando (302) para comutar as chaves (S1-S6);
sendo que as chaves (S1-S6) são acionadas pela unidade de processamento (300) com base no sinal de controle, definido pelo controlador de corrente (301), e com base na sequência de comutação, definida pela unidade de comando (302), em uma determinada etapa do processo de posicionamento, para controlar as correntes elétricas (IA, IB, IC) aplicadas às fases (FA, FB, FC), respectivamente, do motor BLDC (100);
caracterizado pelo fato de que:
em cada nova etapa, o valor de uma corrente inicial é superior ou igual ao valor da corrente inicial de uma etapa anterior; e
em cada nova etapa, o valor de uma corrente máxima é superior ou igual ao valor da corrente máxima da etapa anterior.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor da corrente inicial e o valor da corrente máxima dependem da posição do pistão (500).
Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que quanto mais distante o pistão (500) estiver do seu ponto morto superior (502), menor será o valor da corrente inicial e menor será o valor da corrente máxima na nova etapa do processo de posicionamento.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o tempo de estabilização do motor BLDC (100), em cada etapa do processo de posicionamento, é variável, sendo mais curto nas primeiras etapas e mais longo nas etapas finais.
Processo de posicionamento de um pistão (500) de um compressor recíproco, aplicado antes do início de um procedimento de partida de um motor BLDC (100), o compressor recíproco, compreendendo:
- - o motor BLDC (100) com um rotor (400) associado mecanicamente ao pistão (500);
- - um inversor de frequência (200), utilizado no acionamento do motor BLDC (100), que compreende seis chaves (S1-S6);
- - um sensor de corrente (201) posicionado no barramento;
- - uma unidade de processamento (300) compreendendo um controlador de corrente (301) e uma unidade de comando (302) para comutar as chaves (S1-S6);
sendo que as chaves (S1-S6) são acionadas pela unidade de processamento (300) com base no sinal de controle, definido pelo controlador de corrente (301), e com base na sequência de comutação, definida pela unidade de comando (302), em uma determinada etapa do processo de posicionamento, para controlar as correntes elétricas (IA, IB, IC) aplicadas às fases (FA, FB, FC), respectivamente, do motor BLDC (100);
caracterizado pelo fato de que:
a unidade de processamento (300) aciona as chaves (S1- S6) em 150 graus elétricos, sendo que até três chaves podem ser acionadas simultaneamente em cada posição elétrica.
Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o acionamento das chaves em 150 graus elétricos resulta em doze posições elétricas de acionamento.
Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que quando três das chaves (S1- S6) são acionadas simultaneamente, as chaves que têm o acionamento sobreposto pela extensão do acionamento para 150 graus elétricos devem receber o mesmo sinal de controle.
Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que se aplica modulação por largura de pulso somente nas chaves superiores (S1, S3, S5) do inversor de frequência (200).
Processo de posicionamento de um pistão (500) de um compressor recíproco, aplicado antes do início de um procedimento de partida de um motor BLDC (100), caracterizado pelo fato de que combina um processo conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 4 com um processo conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 5 a 8.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o processo de posicionamento do pistão (500) é finalizado quando o pistão (500) estiver próximo do seu ponto morto superior (502).
Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o pistão (500) está próximo do seu ponto morto superior (502) quando o referido pistão (500) se encontra a uma ou duas posições do seu ponto morto superior (502).