BRPI0613855A2 - método para controlar um compressor linear e compressor de gás de pistão livre - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA CONTROLAR UM COMPRESSOR LINEAR E COMPRESSOR DE GáS DE PISTãO LIVRE. A presente invenção refere-se a um controle para um compressor linear que energiza o motor linear em harmonia com a atual freqúência natural do compressor. O controlador monitora a presente frequência de operação e compara a freqúência com um ou mais limiares de limite. O controle pode remover potência do motor linear se a frequência de operação cair abaixo de um limiar inferior, O controle pode reduzir a potência para o motor linear se a frequência de operação se elevar acima de um limiar superior, O controle usa a frequência de operação do compressor para operar o compressor dentro dos limites de operação.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOPARA CONTROLAR UM COMPRESSOR LINEAR E COMPRESSOR DEGÁS DE PISTÃO LIVRE".

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um sistema de controle para umcompressor linear de pistão livre e, em particular, mas não somente, a umcompressor de refrigerador.

TÉCNICA ANTERIOR

Os compressores lineares operam em uma base de pistão livre erequerem um controle próximo da amplitude do curso, diferente dos com-pressores giratórios convencionais que empregam um virabrequim, a ampli-tude do curso não é fixa. A aplicação de potência excessiva do motor paraas condições do fluido que está sendo comprimido pode resultar na colisãodo pistão com a engrenagem principal do cilindro no qual faz o movimentoalternado.

Quando se deseja, deliberadamente, operar o compressor auma potência máxima e com um eficiência volumétrica é muito importantegarantir que o sistema de detecção de colisão não perca o conjunto de coli-sões, pois isso será uma ocorrência nesse modo de operação, e colisõessucessivas com maior potência irão causar danos. Uma série de patentes,incluindo a Patente U.S. N0 6.536.326 e U.S. N0 6.812.597 descrevem meiosde detectar as colisões do pistão.

A Patente U.S. N0 6.809.434 descreve um sistema de controlepara um compressor de pistão livre que limita a potência do motor como umafunção de uma propriedade da refrigeração que entra no compressor. Po-rém, o sistema descrito requer sensores adicionais para detectar a proprie-dade de refrigeração.

Alguns compressores lineares descritos na técnica anterior ope-ram mancais de gás dinâmicos que só operam efetivamente quando a pres-são de descarga está acima do nível mínimo. Outros compressores linearesdescritos na técnica anterior têm sistemas de lubrificação de óleo que podemnão operar efetivamente durante a operação de baixa energia.SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um objeto da presente invenção é prover um sistema de contro-le para um compressor linear de pistão livre que impede a operação do com-pressor em um ou mais modos indesejáveis.

Em um primeiro aspecto, a invenção consiste em um métodopara controlar um compressor linear de pistão livre, compreendendo as eta-pas de:

energizar o dito compressor de acordo com uma carga de de-manda, de modo que o dito compressor faça um movimento alternado comosua freqüência natural, de acordo com as condições de operação do siste-ma, monitorar a freqüência do movimento alternado do dito compressor edeixar de energizar o dito compressor quando a freqüência do movimentoalternado estiver abaixo de um limiar inferior.

Em outro aspecto, a invenção consiste em um método para con-trolar um compressor linear de pistão livre compreendendo as etapas de:energizar o dito compressor de acordo com uma carga de demanda de mo-do que o dito compressor faça um movimento alternado como sua freqüên-cia natural, de acordo com as condições de operação do sistema, monitorara freqüência do movimento alternado do dito compressor, e reduzir a potên-cia aplicada ao dito compressor quando a freqüência do movimento alterna-do está acima do limiar superior.

Em outro aspecto, a invenção consiste em um compressor degás de pistão livre, compreendendo: um cilindro, um pistão, o pistão fazendoo movimento alternado dentro do cilindro, um motor elétrico linear, de movi-mento alternado acoplado ao pistão e tendo pelo menos um enrolamento deexcitação, um controlador que recebe realimentação referente à operação docompressor, provendo um sinal de acionamento para aplicar corrente ao mo-tor linear em harmonia com a freqüência natural instantânea do compressor,o controlador incluindo meios para remover potência do compressor quandoa freqüência natural do compressor cair abaixo de um limiar inferior.

Em outro aspecto a invenção consiste em um compressor degás de pistão livre, compreendendo: um cilindro, um pistão, o pistão fazendoo movimento alternado dentro do cilindro, um motor elétrico, de movimentolinear alternado acoplado ao pistão e tendo pelo menos um enrolamento deexcitação, um controlador que recebe realimentação referente à operação docompressor, provendo um sinal de acionamento para aplicar corrente ao mo-tor linear em harmonia com a freqüência natural instantânea do compressor,o controlador incluindo meios para reduzir a potência para o compressorquando a freqüência natural do compressor se elevar acima do limiar superior.

Para os versados na técnica ao qual se refere a invenção, mui-tas mudanças na construção e nas modalidades e aplicações diferentes dainvenção irão ser sugeridas sem que se afastem do escopo da invenção,conforme definido nas reivindicações em anexo. As exposições e descriçõesaqui são puramente ilustrativas e não pretendem ser limitativas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Uma forma preferida da invenção será agora descrita com refe-rência aos desenhos em anexo.

A figura 1 é uma seção axial, longitudinal, de um compressorlinear controlado de acordo com a presente invenção.

A figura 2 mostra um sistema de controle de refrigerador emforma de diagrama em bloco.

A figura 3 mostra um sistema de controle de compressor linear,básico, usando comutação eletrônica com a comutação sincronizada a partirde força contra-eletromotriz do motor do compressor.

A figura 4 mostra um sistema de controle da figura 3, com medi-das de impedimento de colisão de pistão.

A figura 5 mostra o sistema de controle da figura 3 com um algo-ritmo de detecção de colisão de pistão.

A figura 6 mostra um sistema de controle da figura 3 com medi-das de impedimento de colisão do pistão da figura 4 e as medidas de detec-ção de colisão do pistão da figura 5.

A figura 7 mostra um exemplo da ponte de suprimento de ener-gia acionada pelo controlador do compressor para energizar os enrolamen-tos do motor linear.

A figura 8 mostra a opção do sistema de controle adicional deacordo com a presente invenção usando limites de freqüência de operação.

A figura 9 é um diagrama de fluxo que ilustra um programa decontrole independente para implementar a opção do sistema de controle dafigura 8.

A figura 10 é um diagrama de fluxo que ilustra um programa decontrole de sub-rotina para implementar a opção de sistema de controle dafigura 8.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS

A presente invenção refere-se a controlar um compressor demovimento alternado de pistão livre acionado por um motor elétrico linear.

Uma aplicação típica, mas não exclusiva, seria em um refrigerador.

Um controlador provê um sinal de acionamento para aplicar cor-rente ao motor linear em harmonia com a freqüência natural instantânea docompressor. O controlador monitora a freqüência prevalecente e reduz apotência se a freqüência estiver acima de um limiar superior, ou desliga ocompressor se a freqüência cair abaixo de um limiar inferior, ou ambos.

Apenas a título de exemplo e para prover contexto, um com-pressor linear de pistão livre que pode ser controlado de acordo com a pre-sente invenção é mostrado na figura 1.

Um compressor para um sistema de refrigeração de compressãoa vapor inclui um compressor linear 1 apoiado dentro de uma carcaça 2. Ti-picamente, o alojamento 2 é hermeticamente vedado e inclui um orifício deentrada de gases 3 e um orifício de saída de gases 4. Os gases não-comprimidos fluem dentro da parte interna do alojamento que circunda ocompressor 1. Esses gases não-comprimidos empurrados para o compres-sor durante o curso de entrada são comprimidos entre uma coroa de pistão14 e uma placa de válvula 5 no curso de compressão e expelidos através daválvula de descarga 6 para dentro do tubo de coleta de gases comprimidos7. Os gases comprimidos deixam o tubo coletor 7 para o orifício de saída 4na carcaça através de um tubo flexível 8. Para reduzir o efeito de rigidez dotubo de descarga 8, o tubo é preferivelmente disposto como um "loop" ouespiral transversal ao eixo de movimento alternado do compressor. A entra-da para o espaço de compressão pode ser através da cabeça, do tubo cole-tor de sucção 13 e da válvula de sucção 29.

O compressor linear ilustrado 1 tem, no sentido amplo, uma par-te de cilindro e uma parte de pistão conectada por uma mola principal. A par-te de cilindro inclui um alojamento de cilindro 10, uma cabeça de cilindro 11,uma placa de válvula 5 e um cilindro 12. Uma parte de extremidade 18 daparte do cilindro, distante da cabeça 11, fica na parte principal relativa à par-te de cilindro. A mola principal pode ser formada como uma combinação damola espiral 19 e uma mola plana 20, conforme mostrado na figura 1. A par-te de pistão inclui um pistão oco 22 com parede lateral 24 e uma coroa 14.

O motor elétrico compressor é formado, integralmente, com aestrutura do compressor. A parte de cilindro inclui um estator de motor 15.

Uma armadura de motor linear, co-atuante, 17, se conecta ao pistão atravésde uma haste 26 e um corpo de suporte 30. A armadura de motor linear 17compreende um corpo de material de ímã permanente (tal como ferrita ouneodímio) magnetizado para prover um ou mais pólos direcionados trans-versais ao eixo de movimento alternado do pistão dentro do revestimento docilindro. Uma parte de extremidade 32 do suporte de armadura 30, distantedo pistão 22 é conectada à mola principal.

O compressor linear 1 é montado dentro da carcaça 2 em umapluralidade de molas de suspensão para isolá-las da carcaça. Em uso, a par-te de cilindro do compressor linear irá oscilar, mas se a parte do pistão forfeita muito leve, comparada com a parte do cilindro, a oscilação da parte docilindro é pequena em comparação com o movimento alternado relativo en-tre a parte de pistão e a parte de cilindro.

Uma corrente alternada nos enrolamentos do estator, não ne-cessariamente senoidal, cria uma força de oscilação nos imãs da armadura17 para dar à armadura e ao estator um movimento relativo substancial doestator se a freqüência de oscilação estiver próxima da freqüência natural dosistema mecânico. A freqüência natural inicial é determinada pela rigidez damola 19 e a massa do cilindro 10 e do estator 15.

Porém, assim como a mola 19, há uma mola de gás inerente,cuja constante de mola eficaz, no caso de um compressor de refrigeração,varia quando uma pressão de evaporador ou de condensador (e temperatu-ra) varia. Um sistema de controle que aplica uma corrente de enrolamentode estator e, assim, uma força de acionamento, levando isso em conta, foidescrito na Patente U.S. N0 6.809.434, cujo teor é aqui incorporado por refe-rência. A Patente U.S. N0 6.809.434 também descreve um sistema para limi-tar ao máximo a potência do motor para minimizar as colisões de cabeça docilindro do pistão com base na temperatura de freqüência e evaporador.

De preferência, mas não necessariamente, o sistema de controleda presente invenção opera em conjunto com o sistema de controle apre-sentado na patente U.S. 6.809.434.

Para prover contexto para o sistema de controle do compressorlinear na presente invenção, um sistema de controle básico para um refrige-rador é mostrado na figura 2.

Os aperfeiçoamentos de controle da presente invenção residemdentro do controlador do compressor 207.

O controlador do compressor 207 recebe um sinal de demanda216 a partir controlador do refrigerador 210 recebe uma entrada de ajuste dousuário a partir da interface do usuário 212 e recebe uma ou mais entradasde sensor, incluindo, por exemplo, uma entrada de sensor de temperatura degabinete na linha 214. Outras entradas podem incluir entradas dos sensoresde temperatura em compartimentos adicionais de gabinete, entradas de a-berturas de porta e sensores de fechamento e entradas dos sensores depressão ou temperatura do evaporador. A partir dessas entradas o controla-dor do refrigerador 210 gera um sinal de demanda 216.

O sinal de demanda 216 pode, simplesmente, requerer que ocompressor opere de acordo com um dentre um grupo seleto de modos, cujogrupo pode ser limitado como ligado ou desligado, ou pode incluir um ajustemáximo adicional, ou pode incluir uma faixa mais ampla de níveis possíveisde capacidade do compressor. Um nível de capacidade mais amplo indica amassa de refrigerante que o compressor move do lado de sucção do sistemade refrigeração para o lado de descarga do sistema de refrigeração em umdeterminado período de tempo. De preferência, o sinal de demanda consisteem qualquer valor através de uma faixa que, para o controlador do compres-sor, pode corresponder à variação a partir de nenhuma operação em umaextremidade e ter a outra extremidade aberta. O sinal de demanda pode serum sinal analógico, por exemplo, um nível de voltagem de variação, ou umsinal digital, por exemplo, um sinal de saída de 8 bits.

O controlador do compressor 207 recebe energia de uma fontede energia e recebe o sinal de demanda 216. O controlador do compressor éconectado aos enrolamentos 220 do motor do conjunto de compressor. Ocontrolador do compressor comuta energia da fonte de energia 218 para osenrolamentos do compressor, de acordo com o sinal de demanda 216 e deacordo com programas de controle sendo executados no controlador docompressor.

O sistema de controle da presente invenção pode operar emconjunto com o sistema de controle de motor básico da figura 3 e, preferi-velmente, embora não necessariamente, com o sistema da figura 4, o siste-ma da figura 5 ou o sistema da figura 6.

Com referência à figura 3, o motor 103 A do compressor linear,que pode ser do tipo já descrito com referência à figura 1, tem seu enrola-mento do estator energizado por uma voltagem alternada suprida do circuitode comutação de energia 107 que pode tomar a forma do circuito de pontemostrado na figura 7. O circuito de ponte 107 usa os dispositivos de comuta-ção 411 e 412 para comutar a corrente de polaridade oposta através do en-rolamento do estator do compressor 33. A outra extremidade do enrolamentodo estator é conectada à junção de duas séries de capacitores conectadosque são também conectados através da fonte de energia CD.

O controlador do compressor é, preferivelmente, implementadocomo um microprocessador programado que controla a operação do circuitode comutação de energia 107.

O circuito de comutação 107 é principalmente controlado por umalgoritmo de comutação 108 executado pelo microprocessador do sistemade controle. O microprocessador é programado para controlar a entrada deenergia a ser aplicada para o motor pelo algoritmo de comutação 108. O mi-croprocessador pode executar várias funções ou usar tabelas, algumas dasquais, a título de explicação, são representadas como blocos em diagramasem blocos das figuras 3 a 6.

Os movimentos alternados do pistão do compressor e a fre-qüência de seu período são detectados por um detector de movimento 109que, na modalidade preferida, compreende o processo de monitorar a forçacontra-eletromotriz induzida nos enrolamentos do estator do compressor pe-la armadura do compressor de movimento alternado. Isso pode, em particu-lar, incluir detectar o cruzamento zero do referido sinal de força contra-eletromotriz. O algoritmo de comutação 108 que provê os sinais de saída domicroprocessador para controlar a comutação de potência 107 tem temposde comutação iniciados a partir das transições lógicas no sinal de cruzamen-to zero 110 da força contra-eletromotriz. Isso garante que os enrolamentossejam energizados em sincronismo com a freqüência natural instantânea docompressor e o compressor de movimento alternado opera com boa eficiên-cia. A energia de entrada do compressor pode ser variada controlando-se amagnitude de corrente ou a duração de corrente aplicada aos enrolamentosdo estator pela troca de potência 107. A modulação por largura de pulso (doinglês PWM = pulse-width modulation) da comutação de potência tambémpode ser empregada.

A figura 4 mostra o sistema de controle do compressor básico dafigura 3 acrescido da técnica de controle apresentada na Patente U.S. N06.809.434 que minimiza as colisões de pistão/cilindro em operação normalajustando-se a potência máxima baseada na freqüência do pistão e na tem-peratura do evaporador. A saída 111 de um sensor de temperatura do eva-porador é aplicada a uma das entradas do microprocessador e a freqüênciado pistão é determinada por uma rotina de freqüência 112 que marca o tem-po entre os cruzamentos zero no sinal de força contra-eletromotriz 110. Tan-to a freqüência determinada quanto a temperatura do evaporador são usa-dos para selecionar uma potência máxima a partir de uma tabela de verifica-ção de potência 113 que ajusta uma potência máxima permitida Pt para umarotina do comparador 114. A rotina do comparador 114 recebe, como umasegunda entrada, o valor 106 que representa a demanda de potência reque-rida do controle geral do refrigerador. A rotina do comparador 114 é usadatrocando-se o algoritmo 108 para controlar a duração ou a magnitude da cor-rente de troca. A rotina do comparador 114 provê um valor de saída P 115que é o mínimo da potência Pr, a potência requerida pelo refrigerador e Ptl apotência permitida da tabela de potência máxima 113.

A utilização só dos conceitos de controle explicados com refe-rência à figura 4, resultará no compressor linear 103 A (quando ativo) operarcom colisões de pistão mínimas em uma operação normal. Porém, conformeapresentado em U.S. 6.812.597, o compressor linear 103 A pode ser opera-do em um "modo de potência máxima" onde uma potência mais elevada po-de ser obtida do que com o sistema de controle da figura 4, mas com a inevi-tabilidade de algumas colisões do pistão. Um sistema de controle que facilitaesse modo também será agora descrito.

Com referência à figura 5, o algoritmo de potência 116 é empre-gado, o qual provê valores para outra entrada para uma rotina de compara-ção 114. O algoritmo de potência 116 eleva, lentamente, a potência de en-trada do compressor provendo-se valores que aumentam sucessivamentepara a rotina do comparador 114, o que faz com que a troca de algoritmo108 eleve a magnitude ou a duração da magnitude da corrente de troca depotência. A potência Pa é aumentada por um valor de aumento a cada N ci-cios ou movimentos alternados do pistão. Essa elevação continua até queseja detectada uma colisão do pistão. O processo de colisão do pistão 117é, preferivelmente, determinado a partir de uma análise da força contra-eletromotriz induzida nos enrolamentos do compressor e a técnica usadapode ser a técnica apresentada na Patente U.S. N0 6.812.597, que procurauma súbita diminuição no período do pistão, ou a apresentada no Pedido dePatente U.S. N0 10/880.389 que procura as descontinuidades na inclinaçãodo sinal analógico de força contra-eletromotriz.Na detecção de uma colisão, o algoritmo de potência 116 fazcom que o valor Pa diminua para obter uma diminuição de potência. O algo-ritmo de potência 116 novamente eleva mais uma vez o valor Pa até que ou-tra colisão seja detectada e o processo seja repetido.

Desejavelmente, mas não necessariamente, a metodologia decontrole de potência elevada descrita é usada juntamente com o controlepara a operação normal onde o impedimento da colisão é empregado con-forme descrito, com relação à figura 4. Um sistema de controle que empregaambas as técnicas é mostrado na figura 6. Aqui a rotina de comparação 114recebe três entradas: Pr, Pt e Pa.

De acordo com a presente invenção, o sistema de controle incluioutra técnica, conforme ilustrado na figura 8. Essa outra técnica pode seraplicada em conjunto com qualquer um dos sistemas ilustrados na figura 3 a6. De acordo com essa técnica, o controlador do compressor inclui um con-trole ativado de acordo com a freqüência de operação do compressor.

Esse outro aspecto de controle é ilustrado na figura 8, a qualprovê outro valor de entrada P, para a rotina de comparação 114. Um calcu-Iador de freqüência 112 calcula a freqüência de operação presente do com-pressor, de acordo com a saída da rotina do detector de movimento 109. Arotina do calculador de freqüência 112 provê essa freqüência de operaçãopara o controle de limiar 160. O controle de limiar 160 compara a freqüênciade operação instantânea com o limiar de freqüência e provê um valor Pc co-mo saída. O controle de limiar 160 pode comparar a freqüência de operaçãode instante com um limiar de freqüência inferior, ou com um limiar de fre-qüência superior.

De preferência, o controle de limiar 160 compara a freqüênciainstantânea pelo menos com um limiar de freqüência inferior. Nesse caso, olimiar de freqüência inferior indica uma pressão de descarga abaixo de umnível que é adequado para suportar uma operação segura do compressor.

Isso é particularmente o caso onde o compressor opera com suporte a gás euma pressão mínima de descarga é útil para manter a operação eficaz dossuportes a gás. A pressão de limiar mínima é, preferivelmente, predetermi-nada para o compressor e armazenada na memória do controlador do com-pressor.

O controle de limiar 160 também pode comparar a freqüênciacontra um valor de limiar superior. Nesse caso, a freqüência elevada podeindicar que uma temperatura de condensador se tornou extremamente ele-vada. Isso indica condições anormais de operação, tal como uma carga ex-cepcional de refrigerador causada pelas portas ou compartimentos do refri-gerador que permanecem abertas, ou uma falha de uma ou mais partes dosistema do refrigerador, tal como uma falha de um ventilador do condensador.

Em cada caso do limiar inferior ser verificado, o controle de limi-ar, preferivelmente temporariamente, provê um valor Pc que para o com-pressor, por exemplo, ajustando Pc como zero. Porém, onde o limiar maiselevado é excedido, o valor Pc pode ser colocado em um nível intermediáriopredeterminado que é igualado para moderar a saída do compressor.

O controle de limiar pode ser programado para continuar a pro-ver esse ajuste de potência reduzido (ou zero) por um período predetermi-nado de tempo e, então, desativá-lo por um outro período predeterminado detempo. Enquanto o controle de limiar é desativado, o compressor irá operarde acordo com os outros algoritmos de controle de potência. Após esse ou-tro tempo predeterminado ter passado, o controle de limiar será mais umavez ativado.

O controle de limiar 160 pode operar na freqüência de operaçãoinstantânea, mas também pode requerer que a freqüência de limiar seja en-contrada por um período de tempo predeterminado antes de prover o valorde potência reduzido (ou zero). Então, por exemplo, quando um compressorestiver sendo primeiramente ativado, a freqüência de operação inicial serábaixa até que a pressão se acumule no lado de pressão elevada do circuitode refrigeração. Requerendo-se que o limiar seja alcançado por um períodode tempo predeterminado antes de ajustar o valor de potência Pc, o controlede limiar não irá cortar a potência para o compressor, a menos que tenhapassado um tempo suficiente para que o sistema de refrigeração alcanceuma condição de operação estável. Alternativamente, o controle de limiarpode ser efetivamente desativado por um período de tempo predeterminadoapós o compressor ter iniciado.

No caso de um limiar elevado ser excedido, o controle do limiartambém pode prover uma saída adicional, por exemplo, para o controladordo sistema de refrigeração 210. Essa saída pode alertar o controlador dosistema de refrigeração para uma condição de operação anormal. O contro-lador de refrigeração 210 pode responder a esse alerta executando-se asrotinas de teste contra um ou mais dos dispositivos sob seu controle, ou pro-vendo-se um alerta de usuário ou relatório de falha.

As figuras 9 e 10 ilustram as opções do programa de controlepara implementar o controle de limiar 160 da figura 8. A opção do programade controle da figura 9 implementa um controle independente que pode seroperado em um microprocessador discreto, ou implementado como uma o-peração discreta do processo em paralelo a outros processos em um micro-computador individual, ou pode ser implementado em circuitos lógicos. Oprocesso da figura 10 realiza as mesmas funções que o processo da figura9, mas como uma sub-rotina de controle para execução a intervalos por umprocesso de controle maior. Por exemplo, a sub-rotina pode ser usada emum programa de controle completo que também implementa a tabela de po-tência máxima 113, o algoritmo de detecção de colisão 117, o algoritmo deenergia 116, o calculador de freqüência 112 e o comparador 114 do sistemailustrado na figura 6. Em cada caso, os componentes do sistema de controlepodem ser implementados em hardware ou software, ou circuitos lógicos, acritério do projetista do sistema. Além disso, as funções podem ser divididasentre os pacotes do controlador discreto, múltiplo, ou integrados em um úni-co pacote do controlador.

Com referência agora à figura 9, um controle independente incluium ""Ioop"" principal 902 que mantém a saída Pc na potência de demandado refrigerador Pr, exceto no caso de a freqüência cair abaixo do limiar pre-determinado Tl ou acima de um limiar predeterminado Tu.

O controle independente começa na etapa 904, no momento emque o compressor começa a operação. O algoritmo de controle pode come-çar no momento em que o controlador é primeiramente acionado. O proces-so prossegue para a etapa 906 e lê a atual freqüência de operação f do cal-culador de freqüência 112. O controle procede, então, para a etapa de decisão 908.

Se na etapa 908 o controle determina que a freqüência f é iguala zero, o que indica que o compressor não está funcionando, o processoprossegue para a etapa 910. Se o processo determina, na etapa 908, que afreqüência f não se iguala a zero, o que indica que o compressor está ope-rando, o processo prossegue para a etapa 912.

Se o compressor prosseguir para a etapa 910, o processo esta-belece uma variável t como o tempo atual. O processo prossegue para aetapa 912.

Na etapa 912, o processo estabelece o valor de saída Pc igual auma potência de demanda de controlador de refrigerador Pr. Isso garanteque o processo não afete a saída do comparador 114, a menos que a fre-qüência f acione um controle de limiar nas etapas posteriores 916 ou 919. Oprocesso prossegue, então, para a etapa 914.

Na etapa 914, o processo lê os valores de limiar superior e infe-rior Tu e TL, respectivamente, a partir de uma tabela de verificação e, então,prossegue para a etapa 916.

Na etapa de decisão 916, o processo determina se a freqüênciaf é menor do que o valor de limiar inferior TL. Se for verdadeiro, o processoprossegue para a etapa 918. Caso seja falso, o processo prossegue para aetapa 919.

Na etapa de decisão 919, o processo determina se a freqüênciaf é maior do que o limiar superior Tu. Se for verdade, o processo prosseguepara a etapa 920. Se for falso, o processo prossegue através do "loop" 902de volta para a etapa 906.

Se, na etapa 916, o processo determina que a freqüência é me-nor do que o valor do limiar, o processo prossegue para a etapa 918, paradeterminar se o compressor está operando pelo menos por 15 segundos.Isso garante que o compressor não está operando abaixo da freqüência delimiar simplesmente porque o compressor ainda está em uma fase de iníciode operação. O tempo para a freqüência atingir um valor de estado estávelacima da freqüência de limiar inferior irá depender do compressor particulare do sistema de refrigeração. O valor 15 segundos é provido apenas a titulode exemplo. Então, a uma etapa 918, o processo determina se o tempo pre-sente é maior do que a variável t mais 15 segundos. Se for verdadeiro, issoindica que o compressor não está em uma fase de início, então o controleprossegue para a etapa 922 para ajustar ao valor de saída Pc. Se for falso,supõe-se que o compressor esteja em uma fase de início, por agora, e ocontrole prossegue para a etapa 919. A etapa 919 irá, inevitavelmente, res-ponder falso e o controle irá prosseguir de volta, através do Ίοορ" 902 paraa etapa 906. O controle irá formar um Ίοορ" repetidamente até que a fre-qüência aumente o limiar inferior Tl ou o tempo seja maior do que t+15 se-gundos. Portanto, o controle irá evitar o fechamento do compressor durantesua condição de início ou irá, subseqüentemente, criar uma condição de o-peração adversa após apenas um pequeno retardo. É claro que a seleçãode tempo de retardo (no exemplo, 15 segundos), é um tanto arbitrário e devedepender do compressor e do sistema de refrigeração que está incorporado.

Se o processo de controle prossegue para a etapa 922 a partirda etapa 918, então, na etapa 922, o processo ajusta a saída Pc como zeroe prossegue para a etapa 924. Com a saída Pc como zero, isso irá, inevita-velmente, ser o valor mínimo (ou equivalente) ao valor mínimo provido aocomparador 114. Por conseguinte, a razão P de trabalho de acionamentoserá zero e potência será inteiramente removida do compressor.

O controle individual prossegue para a etapa 924 e espera antesde prosseguir de volta para o ponto de partida do Ίοορ". A duração de espe-ra pode ser predeterminada e armazenada dentro do processo de controle,ou pode ser determinada a partir de outras condições de operação, ou dorecente desempenho histórico do sistema. Por exemplo, o período de esperapode ser estendido se o controle do limiar 160 está sendo repetidamenteexecutado em um curto período. Por exemplo, o controle do limiar 160 poderegistrar uma duração, uma vez que o limiar inferior foi acionado da últimavez e onde tal duração está abaixo de um valor predeterminado, o tempo deduração, que pode ser uma variável com um valor pré-estabelecido, podeser incrementado. De preferência, uma etapa de controle iria, periodicamen-te, reajustar a variável de duração. No exemplo ilustrado, o processo de con-trole espera um período predeterminado na etapa 924, tal como 300 segun-dos. Para um controle de freqüência de limiar, isso pareceria em torno de umperíodo útil mínimo. Cinco minutos devem dar ao refrigerador o tempo decondições de operação para construir uma pequena demanda residual queirá permitir ao compressor operar acima de uma freqüência de limiar Tl parapelo menos um curto período de tempo em seu próximo ciclo.

Se o processo de controle prossegue da etapa 919 para a etapa920, isso indica que o compressor está operando acima do limiar superiorTu. Nesse caso, o controle do limiar ajusta o valor de saída Pc um valor re-duzido, por exemplo, uma fração do atual valor P do ciclo de dever de acio-namento. No exemplo Pc é P/2. Isso será metade do valor mínimo das outrasentradas para o comparador 114 (Pr Pa e Pt). O controle prossegue, então,para a etapa 928.

Na etapa 928, o processo de controle estabelece uma variávelde alerta como verdadeira. O controlador de refrigeração pode usar isso pa-ra sinalizar uma falha ou, de outra forma, tenta diagnosticar uma falha nosistema. O controlador de refrigeração pode registrar o disparo desse alertaem um registro de dados para posterior análise, se o refrigerador desenvol-ver uma falha ou estiver sujeito a uma solicitação de serviço por parte dousuário. O controle prossegue, então, para a etapa 929.

Na etapa 929, o processo espera antes de prosseguir de voltapara a etapa 906. A duração da espera na etapa 929 estabelece a duraçãopara a qual o processo irá manter o valor Pc de saída no valor reduzido. A-pós essa duração, o valor Pc será reajustado para o valor Pr na etapa 912. Aduração na etapa 929, como a duração na etapa 924, pode ser predetermi-nada, ou pode ser ajustada pelo processo de controle para para servir comocomportamento histórico.A figura 10 ilustra um processo equivalente que opera como umasub-rotina de controle. A esse ponto os "loops" que incluem um tempo deespera são eliminados. Alem disso, em vez de o "loop" voltar para o pontode partida do processo, cada parte do processo termina e volta o controlepara o processo que o solicitou. Por conseguinte, a sub-rotina é para execu-ção a pequenos intervalos, em vez de ser um processo individual contínuo.

As variáveis referidas são persistentes e permanecem ajustadas entre asiterações da sub-rotina.

Cada instante da operação do processo começa na etapa 1000.

A sub-rotina prossegue para a etapa 1020 para determinar se o tempo émenor do que uma variável de tempo t2 que é efetuada posteriormente apartir das iterações anteriores ao processo. A variável t2 ou foi ajustada maisrecentemente na etapa 1022, ou teria sido incrementada nas etapas 1024 ou1029, como será descrito abaixo. Se a variável t2 foi estabelecida na etapa1022 na iteração anterior da sub-rotina de controle, então o tempo atual serámaior do que t2 e a sub-rotina irá prosseguir para a etapa 1022. De outraforma, se o tempo for incrementado na etapa 1024 ou na etapa 1029 menosdo que 300 segundos antes, então o tempo presente será menor do que t2 ea sub-rotina irá prosseguir da etapa 1020 para terminar na etapa 1021.

Onde a rotina prossegue para a etapa 1022, o processo lê, napresente freqüência de operação f do calculador de freqüência 112 e estabe-lece a variável t2 como o tempo presente. O processo prossegue, então, pa-ra a etapa de decisão 1008.

Na etapa 1008, o controle determina se o compressor está ope-rando, com base na determinação se a freqüência f é igual a zero. Se forverdadeiro, então o controle prossegue para a etapa 1010 e estabelece avariável ti igual ao tempo presente antes de prosseguir para a etapa 1012.Se for falso, o processo prossegue diretamente para a etapa 1012.

Na etapa 1012, o processo estabelece o valor da saída Pc igualao ciclo de trabalho de demanda Pr. O processo prossegue, então, para aetapa 1014 para ler nos valores de limiar superior e inferior Tu e TL, a partirde uma tabela de controle.O processo prossegue da etapa 1014 para a etapa 1016 paradeterminar se a freqüência é menor do que o valor de limiar inferior TL. Casoseja verdadeiro, o processo prossegue para a etapa 1018. De outra forma, oprocesso prossegue para a etapa 1019.

Na etapa 1019, o processo determina se a freqüência é maior doque o limiar superior Tu. Se for verdadeiro, o processo prossegue para a e-tapa 1006. De outro modo, o processo prossegue para terminar na etapa1004. Se o compressor estiver operando em uma faixa de ambiente normal,o processo irá, geralmente, prosseguir para terminar na etapa 1004 e o valorPc irá seguir o valor Pr.

Onde o processo prossegue para a etapa 1018 a partir da etapa1016, isso indica que o compressor está operando abaixo de uma freqüênciade limiar TL. Nesse caso, na etapa 1018, o processo determina se o com-pressor está operando em um modo de partida (partida mode) e está ope-rando por menos do que um período predeterminado. Por exemplo, no pro-cesso ilustrado, se o tempo presente não for maior do que a variável Ti +15segundos, então o processo supõe que o compressor está no modo de par-tida e prossegue para terminar na etapa 1005. De outro modo, o processoprossegue para a etapa 1007, supondo que o compressor está operandoagora por pelo menos 15 segundos a velocidades acima de zero e, portanto,deve ter alcançado uma condição de operação estável. Essa duração departida pode ser variada, de acordo com particularidades do sistema de re-frigeração no qual o controle está incorporado, dependendo do tempo departida previsto para alcançar uma condição de operação estável.

Na etapa 1007, o processo de controle ajusta o valor de saída Pccomo zero, o que se tornará a potência mínima determinada pelo compara-dor 114 e fará com que a saída de controle P reduza para zero e o compres-sor irá parar. O processo prossegue, então, da etapa 1007 para a etapa1024 para ajustar a variável t2 igual ao tempo atual mais 300 segundos. Es-se valor irá continuar para iterações subseqüentes da sub-rotina de controlee afetará a operação da sub-rotina na etapa 1020. Na verdade, isso provêum atraso de 300 segundos antes que a sub-rotina de controle execute, a-dequadamente, em uma tentativa subseqüente. Durante esse período, oprocesso de controle prossegue, por sua vez, para terminar na etapa 1021.

A duração de 300 segundos indicada é ilustrativa. Como acontece com amodalidade da figura 9, uma duração de atraso pode ser predeterminada, oupode ser adaptada de acordo com a história recente de operação da sub-rotina. O processo prossegue, então, para o final da etapa 1031.

Se o compressor prosseguisse da etapa 1019 para a etapa1006, isso indica que o compressor está operando acima do limiar superiorTu. Nesse caso, o processo de controle nas etapas 1006 ajusta o valor desaída Pc, e um nível reduzido, por exemplo, como metade do valor de con-trole remanescente P, de modo que Pc será metade do valor mínimo dosvalores de controle Pr, Pa, Pt- Devido às etapas 1029 e 1020, esse valor pcirá passar por um período de retardo. Na etapa 1028, a sub-rotina de contro-le irá estabelecer um alerta com o mesmo objetivo que o alerta de controleda figura 9. Então, passando para a etapa 1029, a sub-rotina ajusta a variá-vel t2 igual ao tempo presente mais um período de retardo (por exemplo, 300segundos). Novamente, o período de retardo pode ser predeterminado, oupode ser variado de acordo com as condições de operação ou da históriarecente. O processo prossegue, então, para terminar na etapa 1030.

Será melhor que os processos detalhados das figuras 9 e 10sejam particularmente expressos em termos para integrar com toda a estru-tura de controle e as estratégias das figuras 3 a 6, enquanto essas estraté-gias de controle e os processos são preferidos e operam com vantagem, osprincípios básicos para controlar o compressor de acordo com a freqüênciaressonante detectada, removendo-se a potência do compressor quando umafreqüência cai abaixo de um nível de limiar inferior, ou reduzindo a potênciapara o compressor quando a freqüência se elevar acima de um nível de limi-ar superior, ou ambos, são aplicáveis em uma ampla variedade de sistemase programas de controle.

Por conseguinte, a invenção consiste em um controlador querecebe realimentação referente à operação do compressor e provê um sinalde acionamento para aplicar corrente ao motor linear em harmonia com afreqüência natural instantânea do compressor. O compressor inclui meiospara remover potência do compressor quando a freqüência natural do com-pressor cair abaixo de um limiar inferior, ou que reduz a potência para ocompressor quando a freqüência natural se elevar acima de um limiar inferi-or, ou ambos. Esses meios podem compreender um algoritmo de controle delimiar implementado em software ou hardware.

O controlador pode incluir meios para obter uma medida indicati-va do período de movimento alternado do pistão,e os meios para removerpotência podem incluir um comparador que compara a medida indicativacontra o limiar.

A medida indicativa do período de movimento alternado pode seruma medida de um único período de movimento alternado, uma medida deuma série, ou sub-série de uma recente seqüência de períodos de movimen-to alternado, ou uma estimativa atual da freqüência de operação do com-pressor.

O realimentação para o controlador pode incluir dados de forçacontra-eletromotriz e os meios para obter uma medida indicativa do períodode movimento alternado do pistão podem obter a medida da análise dos da-dos de força contra-eletromotriz.

O limiar inferior, o limiar superior, ou ambos, podem ser um limi-ar predeterminado lido de uma memória, ou pode ser um limiar pelo menosparcialmente determinado ou modificado por cálculo, de acordo com as con-dições atuais.

Pode faltar lubrificação no compressor. O deslizamento do pistãono cilindro pode ser facilitado por mancais de gás.

Enquanto o deslizamento do pistão no cilindro é facilitado pormancais de gás estáticos, um trajeto de suprimento de gases comprimidosestende-se de um reservatório que, em uso, contém gases comprimidos pelocompressor para os mancais de gás estático.

O controlador pode receber uma entrada de demanda e, em o-peração normal, aplicar uma quantidade de corrente ao motor linear que de-pende da entrada da demanda. A entrada da demanda pode ser uma entra-da de nível de demanda, ou uma entrada de mudança de demanda.

O controlador pode ultrapassar a operação normal no caso dafreqüência natural do compressor se elevar acima do limiar superior, ou cairabaixo de um limiar inferior, ou ambos, e também no caso de se detectaruma colisão do pistão com uma cabeça ou placa de válvula do compressor.

O controlador pode detectar uma colisão com base na análisedos dados de força contra-eletromotriz do motor linear.

Claims (54)

1. Método para controlar um compressor linear de pistão livrecompreendendo as etapas de:energizar o dito compressor, de acordo com uma carga de de-manda, de modo que o dito compressor faça o movimento alternado em suafreqüência natural, de acordo com as condições de operação do sistema;monitorar a freqüência do movimento alternado do dito compres-sor; o método sendo caracterizado pordeixar de energizar o compressor quando a freqüência do movi-mento alternado estiver abaixo de um limiar inferior.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que inclui, a cada partida do compressor, permitir que o compressortenha tempo de atingir uma condição de funcionamento estável, antes dedeixar de energizar o dito compressor quando a freqüência do movimentoalternado estiver abaixo do limiar inferior.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que a etapa de monitorar a freqüência de movimento alternadodo compressor inclui monitorar o período do movimento alternado de ummotor linear comutado eletronicamente que acionao dito compressor

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-3, caracterizado pelo fato de que a etapa de deixar de energizar o compres-sor quando a freqüência de movimento alternado estiver abaixo do limiarinferior inclui determinar uma freqüência de limiar inferior, comparando a fre-qüência presente de movimento alternado contra tal limiar inferior determi-nado e deixar de energizar o dito compressor quando a referida freqüênciapresente estiver abaixo do limiar inferior.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-4, caracterizado pelo fato de que inclui, após deixar de energizar o compres-sor, devido à queda de freqüência de operação abaixo do referido limiar infe-rior, as etapas de:recomeçar a energizar o compressor após um período de retar-do, em que tal período de retardo é de pelo menos 300 segundos.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-5, caracterizado pelo fato de que a etapa de monitorar a freqüência de mo-vimento alternado do compressor inclui monitorar as voltagens de força con-tra-eletromotriz de um motor linear eletronicamente comutado acionando odito compressor.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que o motor linear eletronicamente comutado acionando o compres-sor é suprido a partir de um circuito de suprimento de energia incluindo pelomenos uma chave de suprimento de energia para aplicar corrente a um en-rolamento de tal motor linear, o dito motor linear sendo energizado de modoque a chave de suprimento de energia esteja desligada nas extremidades docurso do compressor, e a monitoração das voltagens de força contra-eletromotriz de um motor linear comutado eletronicamente acionando o ditocompressor inclui determinar um período entre os cruzamentos zero de forçacontra-eletromotriz.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-7, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de reduzir a potência aplica-da ao compressor quando a freqüência de movimento alternado estiver a-cima do limiar superior.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que a etapa de reduzir a potência aplicada a compressor quando afreqüência de movimento alternado estiver acima de um limiar superior incluideterminar uma freqüência de limiar superior, comparar a freqüência presen-te de movimento alternado contra tal limiar determinado e reduzir a potênciapara o compressor quando a dita freqüência presente estiver acima do refe-rido limiar.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelofato de que inclui, após reduzir a potência aplicada ao compressor devido àfreqüência de operação se elevar acima de um limiar superior, as etapas de:recomeçar a energizar o dito compressor de acordo com a refe-rida carga de demanda após um período de retardo, em que tal período deretardo é de pelo menos 300 segundos.

11. Método para controlar um compressor linear de pistão livrecompreendendo as etapas de:energizar o dito compressor, de acordo com uma carga de de-manda, de modo que o compressor faça um movimento alternado em suafreqüência natural, de acordo com as condições de operação do sistema,monitorar a freqüência de movimento alternado do referidocompressor, e o método sendo caracterizado porreduzir a potência aplicada ao dito compressor quando a fre-qüência de movimento alternado estiver acima de um limiar superior.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pe-lo fato de que a etapa de monitorar a freqüência de movimento alternado docompressor inclui monitorar o período de movimento alternado de um motorlinear eletronicamente comutado acionando o compressor.

13. Método de acordo com as reivindicações 11 ou 12, caracteri-zado pelo fato de que a etapa de reduzir a potência aplicada ao compressorquando a freqüência de movimento alternado estiver acima de um limiar su-perior inclui determinar uma freqüência de limiar superior, comparar a fre-qüência presente de movimento alternado com o dito limiar determinado ereduzir a potência para o compressor quando tal freqüência presente estiveracima daquele limiar.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11a 13, caracterizado pelo fato de que tal método inclui, após reduzir a potên-cia aplicada ao compressor devido à freqüência de operação se elevar aci-ma de um limiar superior, as etapas de:recomeçar a energizar o compressor de acordo com a referidacarga de demanda após um período de retardo, em que tal período de retar-do é de pelo menos 300 segundos.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11a 14, caracterizado pelo fato de que a etapa de monitorar a freqüência demovimento alternado do dito compressor inclui monitorar as voltagens deforça contra-eletromotriz de um motor linear comutado eletronicamente acio-nando o dito compressor.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pe-lo fato de que o motor linear eletronicamente comutado acionando o com-pressor é suprido a partir de um circuito de suprimento de energia incluindopelo menos uma chave de suprimento de energia para aplicar corrente a umenrolamento do dito motor linear, o motor linear sendo energizado de modoque a chave de suprimento de energia esteja desligada nas extremidades docurso do compressor, e a monitoração das voltagens de força contra-eletromotriz de um motor linear comutado eletronicamente acionando o ditocompressor inclui determinar um período entre os cruzamentos zero de forçacontra-eletromotriz.

17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11a 16, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de deixar de energizar ocompressor quando a freqüência de movimento alternado estiver abaixo deum limiar inferior.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pe-lo fato de que inclui, a cada partida do compressor, permitir que o compres-sor tenha tempo de atingir uma condição de funcionamento estável, antes dedeixar de energizar o dito compressor quando a freqüência de movimentoalternado estiver abaixo de um limiar inferior.

19. Método de acordo com as reivindicações 17 ou 18, caracteri-zado pelo fato de que a etapa de deixar de energizar o dito compressorquando a freqüência de movimento alternado estiver abaixo de um limiarsuperior inclui determinar uma freqüência de limiar inferior, comparar a fre-qüência presente de movimento alternado contra tal limiar inferior determi-nado e deixar de energizar o dito compressor quando a freqüência atual es-tiver abaixo do dito limiar inferior.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 17a 19, caracterizado pelo fato de que inclui, após deixar de energizar o com-pressor devido ao fato de a freqüência de operação cair abaixo do referidolimiar inferior, a etapa de:recomeçar a energizar o dito compressor após um período deretardo, em que tal período de retardo é de pelo menos 300 segundos.

21. Compressor de gás de pistão livre, compreendendo:um cilindro,um pistão,o pistão sendo o movimentável de forma alternada dentro docilindro,um motor elétrico linear de movimento alternado acoplado aopistão e tendo pelo menos um enrolamento de excitação,um controlador que recebe realimentação referente à operaçãodo compressor, caracterizado pelo fato de que o controlador proporciona umsinal de acionamento para aplicar corrente ao motor linear em harmonia coma freqüência natural instantânea do compressor,o controlador incluindo meios para remover potência do com-pressor quando a freqüência natural do compressor cair abaixo de um limiarinferior.

22. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 21, caracterizado pelo fato de que o controlador inclui um computadore os ditos meios para remover potência do compressor quando a freqüêncianatural do compressor cair abaixo de um limiar inferior compreendem umprograma armazenado para execução pelo dito computador e o referido pro-grama, quando operado, fazendo com que o computador;determine o limiar inferior,monitore a freqüência atual do compressor,compare a freqüência de operação atual contra o dito limiar infe-rior, eremova a potência do dito motor elétrico linear quando a ditacomparação indica que a freqüência de operação está abaixo do limiar infe-rior.

23. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 22, caracterizado pelo fato de que o referido programa, quando opera,faz com que o computador determine um limiar inferior através da leitura deum valor de limiar a partir da armazenagem de dados.

24. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 22 ou 23, caracterizado pelo fato de que o programa, quando opera,faz com que o computador monitore a freqüência de operação atual obtendouma medida indicativa do período de movimento alternado do pistão.

25. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 24, caracterizado pelo fato de que o referido controlador recebe osdados referentes à voltagem de força contra-eletromotriz gerados em enro-Iamentos do motor linear pelo movimento da armadura do motor, e o ditoprograma, quando opera, faz com que tal computador obtenha uma medidaindicativa do período de movimento alternado do pistão pela análise dos da-dos de força contra-eletromotriz.

26. Compressor de gás de pistão livre de acordo com qualqueruma das reivindicações 22 a 25, caracterizado pelo fato de que o sinal deacionamento do controlador inclui um sinal PWM (de modulação por largurade pulso) tendo um ciclo de trabalho determinado por uma saída do ditocomputador e o programa, quando opera, faz com que o computador removaa potência do motor elétrico linear ajustando o dito ciclo de trabalho para zero.

27. Compressor de gás de pistão livre de acordo com qualqueruma das reivindicações 22 a 26, caracterizado pelo fato de que o dito pro-grama, quando opera, faz com que o computador, a cada partida do ditocompressor, permita que o compressor tenha tempo para atingir uma condi-ção de funcionamento estável, antes de cessar a energização do dito com-pressor quando a freqüência de movimento alternado estiver abaixo do limiarinferior.

28. Compressor de gás de pistão livre de acordo com qualqueruma das reivindicações 22 a 27, caracterizado pelo fato de que o dito pro-grama, quando opera, faz com que o computador, após deixar de energizaro compressor devido ao fato de a freqüência de operação cair abaixo do ditolimiar inferior, recomece a energizar o compressor após um período de re-tardo, onde tal período de retardo é de pelo menos 300 segundos.

29. Compressor de gás de pistão livre de acordo com qualqueruma das reivindicações 22 a 28, caracterizado pelo fato de que o programa,quando opera, faz com que o computador reduza a potência aplicada ao mo-tor quando a freqüência de operação atual estiver acima de um limiar supe-rior.

30. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 29, caracterizado pelo fato de que o dito programa, quando opera, fazcom que o computador, após reduzir a potência para o compressor devidoao fato de a freqüência de operação se elevar acima de um limiar superior,recomece a energizar o dito compressor, de acordo com uma carga de de-manda após um período de retardo, onde tal período de retardo é de pelomenos 300 segundos.

31. Compressor de gás de pistão livre de acordo com qualqueruma das reivindicações 21 a 30, caracterizado pelo fato de que o referidocontrolador inclui meio para obter uma medida indicativa do período de mo-vimento alternado do pistão,e os meios para remover potência incluem um comparador quecompara a medida indicativa com o limiar.

32. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 31, caracterizado pelo fato de que a referida realimentação ao contro-lador inclui dados de força contra-eletromotriz e o meio para obter uma me-dida indicativa do período de movimento alternado do pistão obtém a medidada análise dos dados de força contra-eletromotriz.

33. Compressor de gás de pistão livre de acordo com qualqueruma das reivindicações 21 a 32, caracterizado pelo fato de que o compres-sor não possui lubrificação por óleo e o deslizamento do pistão no cilindro éfacilitado por mancais de gás.

34. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 33, caracterizado pelo fato de que o deslizamento do pistão no cilindroé facilitado por mancais de gás estáticos, com um trajeto de suprimento degases comprimidos estendendo-se para os mancais de gás estáticos a partirde um reservatório que, em uso, contém gases comprimidos pelo compres-sor.

35. Compressor de gás de pistão livre de acordo com qualqueruma das reivindicações 21 a 34, caracterizado pelo fato de que o dito contro-lador recebe uma entrada de demanda e, em operação normal, aplica umaquantidade de corrente ao motor linear que depende da entrada de demanda.

36. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 35, caracterizado pelo fato de que o controlador sobrepõe-se à opera-ção normal no caso da referida freqüência natural do compressor se elevaracima de um limiar superior, ou cair abaixo de um limiar inferior, ou ambos,e, no caso de detectar uma colisão do pistão com uma cabeça ou placa deválvula do compressor.

37. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 36, caracterizado pelo fato de que o dito controlador detecta uma coli-são com base na análise dos dados de força contra-eletromotriz.

38. Compressor de gás de pistão livre compreendendo:um cilindro,um pistão,o pistão sendo alternadamente movimentável dentro do cilindro,um motor elétrico linear de movimento alternado acoplado aopistão e tendo pelo menos um enrolamento de excitação,um controlador que recebe realimentação referente à operaçãodo compressor, provendo um sinal de acionamento para aplicar corrente aomotor linear em harmonia com a freqüência natural instantânea do compressor,o controlador incluindo meios para reduzir a potência do com-pressor quando a freqüência natural do compressor cair abaixo de um limiarsuperior.

39. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 38, caracterizado pelo fato de que o controlador inclui um computadore o referido meio para reduzir potência do compressor quando a freqüêncianatural do compressor elevar-se acima de um limiar superior compreendeum programa armazenado para execução pelo dito computador, tal progra-ma, operado, faz com que o computador;determine o limiar superior,monitore a freqüência atual do compressor,compare a freqüência de operação atual contra o dito limiar inferior, ereduza a potência aplicada ao motor elétrico linear quando talcomparação indica que a freqüência de operação está abaixo de do referidolimiar superior.

40. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 39, caracterizado pelo fato de que o programa, quando opera, faz comque o computador determine um limiar superior através da leitura de um va-lor de limiar a partir da armazenagem de dados.

41. Compressor de gás de pistão livre de acordo com qualqueruma das reivindicações 39 ou 40, caracterizado pelo fato de que o progra-ma, quando opera, faz com que o computador monitore a freqüência de ope-ração atual obtendo uma medida indicativa do período de movimento alter-nado do pistão.

42. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 41, caracterizado pelo fato de que o controlador recebe os dados refe-rentes à voltagem de força contra-eletromotriz gerados em enrolamentos domotor linear pelo movimento da armadura do motor, e o programa, quandoopera, faz com que o computador obtenha uma medida indicativa do períodode movimento alternado do pistão pela análise dos dados de força contra-eletromotriz.

43. Compressor de gás de pistão livre de acordo com as reivin-dicações 39 a 42, caracterizado pelo fato de que o sinal de acionamento docontrolador inclui um sinal PWM (de modulação por largura de pulso) tendoum ciclo de trabalho determinado por uma saída do computador e o progra-ma, quando opera, faz com que o computador reduza a potência de dito mo-tor elétrico linear ajustando o referido ciclo de trabalho.

44. Compressor de gás de pistão livre de acordo com qualqueruma das reivindicações 39 a 43, caracterizado pelo fato de que o programa,quando opera, faz com que o computador, após reduzir a potência aplicadaao compressor devido à freqüência de operação que se eleva acima de umlimiar superior, recomece a energização do dito compressor de acordo comuma carga de demanda após um período de retardo, em que tal período deretardo é de pelo menos 300 segundos.

45. Compressor de gás de pistão livre de acordo com qualqueruma das reivindicações 39 a 44, caracterizado pelo fato de que tal programa,quando opera, faz com que o computador remova potência do dito motorquando a freqüência de operação presente estiver abaixo de um limiar inferior.

46. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 45, caracterizado pelo fato de que o programa, quando opera, faz comque o computador, a cada partida do dito compressor, permita que o com-pressor tenha tempo para atingir uma condição de operação estável antesde deixar de energizar o dito compressor quando a freqüência de movimentoalternado estiver abaixo do limiar inferior.

47. Compressor de gás de pistão livre de acordo com qualqueruma das reivindicações 45 ou 46, caracterizado pelo fato de que o progra-ma, quando opera, faz com que o computador, após deixar de energizar ocompressor devido à freqüência de operação cair abaixo do dito limiar inferi-or, recomece a energização do dito compressor após o período de retardo,onde tal período de retardo é de pelo menos 300 segundos.

48. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 38, caracterizado pelo fato de que o dito controlador inclui meios paraobter uma medida indicativa do período de movimento alternado do pistãoe os meios para remover potência incluem um comparador quecompara a medida indicativa com o limiar.

49. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 48, caracterizado pelo fato de que a dita realimentação para o contro-lador inclui os dados de força contra-eletromotriz e os meios para obter umamedida indicativa do período de movimento alternado do pistão obtém a me-dida da análise dos dados de força contra-eletromotriz.

50. Compressor de gás de pistão livre de acordo com qualqueruma das reivindicações 38 a 49, caracterizado pelo fato de que o dito com-pressor não possui lubrificação a óleo e o deslizamento do pistão no cilindroé facilitado por mancais de gás.

51. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 50, caracterizado pelo fato de que o dito deslizamento do pistão nocilindro é facilitado por mancais de gás estáticos, com um trajeto de supri-mento de gases comprimidos estendendo-se para tais mancais de gás está-ticos a partir de um reservatório que, em uso, contém gases comprimidospelo compressor.

52. Compressor de gás de pistão livre de acordo com qualqueruma das reivindicações 38 a 51, caracterizado pelo fato de que o dito contro-lador recebe uma entrada de demanda e, em operação normal, aplica umaquantidade de corrente ao motor linear que depende da entrada de demanda.

53. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 52, caracterizado pelo fato de que o controlador sobrepõe-se à opera-ção normal no caso da referida freqüência natural do compressor se elevaracima de um limiar superior, ou cair abaixo de um limiar inferior, ou ambos,e, no caso de detectar uma colisão do pistão com uma cabeça ou placa deválvula do compressor.

54. Compressor de gás de pistão livre de acordo com a reivindi-cação 53, caracterizado pelo fato de que o controlador detecta uma colisãocom base na análise dos dados de força contra-eletromotriz.