BRPI1005448A2 - circuito modular de comutaÇço de velocidade para compressor - Google Patents

Abstract

CIRCUITO MODULAR DE COMUTAÇçO DE VELOCIDADE PARA COMPRESSOR. A presente invenção refere-se a um circuito modular de comutação de velocidade para compressores providos de múltiplos pôlos e passíveis de diversos fechamentos entre seus pólos; o circuito (2) compreende pelo menos três comutadores de contatos elétricos (3, 4 e 5) de acionamento elétrico associados entre si e responsáveis pela seleção dos pólos (11, 12 e 13) do compressor (1) a serem eletricamente alimentados, e é montado em uma estrutura individual (8); o circuito (2) é eletricamente conectado entre o compressor (1) e uma fonte de alimentação elétrica (6), conformando uma malha fechada, e atua com base em sinais de comando externos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CIRCUITO MODULAR DE CO- MUTAÇÃO DE VELOCIDADE PARA COMPRESSOR".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um circuito modular de comutação de velocidade para compressor, em especial, para compressores providos de múltiplos pólos e passíveis, de diversos fechamentos entre seus pólos.

Fundamentos da Invenção e Descrição do Estado da Técnica

Segundo a literatura especializada, compressores compreendem equipamentos e- letromecânicos capazes de alterar a pressão (e temperatura) de fluídos gasosos. De forma geral, os compressores são industrialmente confeccionados e utilizados em diversas aplica- ções. Dentre estas aplicações, é comum notar o emprego de compressores em sistemas de refrigeração.

Nesta aplicação, um compressor é responsável pela compressão do fluido refrige- rante, de modo a aquecê-lo e empurrá-lo para a serpentina, onde dito fluido refrigerante otimiza a troca de calor entre uma câmara refirgerada eo meio externo.

Portanto, é correto verificar que, em sistemas de refrigeração, um compressor integra um circuito pneumático/hidráulico fechado basicamente composto por pelo menos uma câmara refrigerada, um condensador, um evaporador e um dispositivo de expansão. O funcionamento de um compressor pode variar de acordo com as necessidades do sistema de refrigeração, sendo assim, a atuação do compressor pode ser constante ou cíclica.

Em sistemas de refigeração comuns, como por exemplo um sistema de refrigeração instalado em um refrigerador vertical residencial, a atuação do compressor é cíclica e binária, isto é, o compressor permanece parte do tempo ligado (ciclo de refrigeração) e parte do tempo desligado (ciclo de repouso). A alternância entre estes dois estados (on/off) é baseada na temperatura da câmara refrigerada, isto é, um compressor integrado a um sistema de refrigeração é acionado por um termostato (ou equivalente) normalmente disposto no interior da câmara rfrigerada. Por vezes, é utilizado um circuito elétrico entre o termostato e o compressor.

Sendo assim, observa-se que um sistema de refrigeração convencional, em virtude do funcionamento cíclico e binário de seu compressor, gera apenas ciclos de temperaturas "altas" e ciclos de temperaturas "baixas", não existindo ciclos intermediários entre estes extremos. Desta forma, observa-se que o ciclo de refrigeração (compressor ligado) necessita ser extremamente longo devido ao grande gradiente de temperatura gerado durante um ciclo de repouso (compressor desligado). Notadamente, longos ciclos de refrigeração (compressor ligado) resultam em grandes consumos de energia elétrica.

Logo, além de apresentar limitações funcionais, nota-se que estes sistemas apresentam alto consumo de energia elétrica, consumo este referente ao tempo em que o compressor deve permanecer ligado para manter a temperatura de trabalho da câmara refrigerada.

Objetivando melhorar os convencionais sistemas de refrigeração, foram projetados novos circuitos pneumáticos/hidráulicos fechados onde os compressores convencionais foram substituídos por compressores de capacidade variável (tecnicamente conhecidos co- mo compressores VCC).

Como é de conhecimentos dos especialistas versados no assunto, os compresso- res VCC possuem múltiplas velocidades de operação, as quais são diretamente relaciona- das às tensões de alimentação impostas aos citados compressores VCC. Convencional- mente, o gerenciamento da tensão de alimentação de um compressor VCC é realizado por um módulo eletrônico dedicado especialmente a esta função.

Um vez introduzidos em sistemas de refirgeração, um compressor VCC pode pos- sibilitar, inclusive, a manutenção de temperaturas específicas (através de sistemas de con- trole integral diferencial em tempo real). Desta forma, os compressores VCC capazes de gerar múltiplos ciclos intermediários entre os ciclos de refrigeração e repouso, melhorando, conseqüentemente, o tempo de redução de temperatura e o consumo elétrico.

Muito embora sistemas de refrigeração baseados em compressores de velocidade variável sejam mais eficientes do que sistemas de refrigeração baseados em compressores convencionais, resta observar que estes (sistemas de refrigeração baseados em compres- sores de velocidade variável) necessitam de hardware e software especializados, ambos de alto custo de fabricação, instalação e manutenção. Isto faz com o produto final (refrigerado- res verticais e similares) tenha um mercado específico, não sendo destinado às classes de menor poder aquisitivo.

Entre estes extremos tecnológicos, nota-se ainda a existência de compressores de tecnologia intermediária, isto é, os compressores providos de múltiplos pólos.

Um compressor provido de múltiplos pólos é capaz de atuar em níveis distintos de velocidades, sendo estes níveis definidos de acordo com o fechamento entre os terminais (conseqüentemente, entre as bobinas elétricas) do compressor. Evidentemente, cada nível de velocidade resulta em um consumo especifico de energia elétrica.

Sistemas de refrigeração baseados em compressores providos de múltiplos pólos possuem boa eficácia térmica e bom consumo elétrico, sob baixo custo produtivo.

Um compressor provido de múltiplos pólos, em sua operação convencional, pode ser comutado (on/off) conforme um valor de temperatura ajustado pelo usuário (seja em um núcleo eletrônico de controle, seja em um termostato convencional).

O atual estado da técnica prevê a comum utilização de compressores 4/2 pólos, is- to é, compressores de duas velocidades, em sistemas de refrigeração.

A utilização de compressores de duas velocidades em sistemas de refrigeração permite, por exemplo, baixar a temperatura da câmara refrigerada de modo mais rápido (velocidade máxima e maior consumo de energia), além de manter a temperatura da câma- ra refrigerada em um nível intermediário (velocidade mínima e menor consumo de energia). Cabe ainda salientar que esta tecnologia permite utilizar um compressor de menor capaci- dade de refrigeração eficiência energética.

Normalmente, o controle de velocidade de um compressor de duas velocidades é realizado por um circuito eletrônico microprocessado. Embora este circuito eletrônico micro- processado seja relativamente simples, resta evidenciar que seu custo de produção e ma- nutenção ainda é indesejavelmente alto no que se refere à produção em larga escala (para produtos destinados às classes de menor poder aquisitivo).

Isto é, apesar do compressor de duas velocidades ser uma solução economica- mente justificável (frente aos compressores de velocidade variável), ainda é preciso reduzir o custo de sua implementação aplicá-lo em produtos mais baratos, como, por exemplo, em eletrodomésticos de categorias menos sofisticadas.

Com base em todo o contexto acima explanado, resta evidente observar a necessi- dade de desenvolvimento de uma solução e/ou tecnologia capaz de agregar a possibilidade de comutação e/ou controle de compressores de duas (ou múltiplas velocidades) e baixos custos produtivos.

Objetivos da Invenção

Portanto, é um dos objetivos desta invenção apresentar um circuito modular de comutação de velocidade para compressor que substitua o módulo microprocessado em- pregado atualmente.

É outro objetivo da presente invenção revelar um circuito que possa ser introduzido no circuito elétrico principal e já existente de um sistema de refrigeração, sem que este cir- cuito elétrico principal e já existente tenha que ser alterado.

Conseqüentemente, é outro objetivo da presente invenção criar um sistema de re- frigeração baseado em compressores providos de múltiplos pólos, com baixo custo fabril e operacional.

Sumário da Invenção

Os objetivos da presente invenção são totalmente alcançados por meio do circuito modular de comutação de velocidade para compressor, ora revelado.

O circuito modular de comutação de velocidade para compressor compreende pelo menos três comutadores de contatos elétricos de acionamento elétrico (preferencialmente, relês eletrônicos) associados entre si e responsáveis pela seleção dos pólos do compressor.

O circuito modular de comutação de velocidade para compressor é montado em uma estrutura individual (preferencialmente, em placa de circuito impresso).

O circuito modular de comutação de velocidade para compressor é preferencial- mente associado à pelo menos uma placa eletrônica já existente associada ao funciona- mento do sistema que o compressor integra (preferencialmente, um sistema de refrigera- ção.

O circuito modular de comutação de velocidade para compressor é eletricamente conectado entre o compressor e uma fonte de alimentação elétrica, conformando uma ma- lha fechada.

O circuito modular de comutação de velocidade para compressor atua com base em sinais de comando externos (dentre os quais são previstos: sinais de comando de ter- mostatos e similares, sinais de comando de núcleos microprocessados ou similares, e sinais de comando de sistemas fechados de controle de temperatura).

O circuito modular de comutação de velocidade para compressor é fisicamente ins- talado no interior da caixa proteção elétrica ("relay cover") do compressor.

Descrição Resumida dos Desenhos

A figura mostra:

Figura 1 - ilustra o digrama funcional do circuito modular de comutação de veloci-

dade para compressor (configuração preferencial), em estado "desligado";

Figura 2 - ilustra o digrama funcional do circuito modular de comutação de veloci- dade para compressor (configuração preferencial), em "baixa velocidade"; e

Figura 3 - ilustra o digrama funcional do circuito modular de comutação de veloci- dade para compressor (configuração preferencial), em "alta velocidade".

Descrição Detalhada da Invenção

As figuras 1, 2 e 3 ilustram a configuração preferencial, porém não Iimitativa da presente invenção. Nesta configuração preferencial é utilizado um compressor 1 de duas velocidades funcionais (2/4 pólos). O compressor 1 é basicamente integrado por um primei- ro núcleo de indução 11, por um segundo núcleo de indução 12 e por um terceiro núcleo de indução 13. Os núcleos de indução 11, 12 e 13 são associados entre si de modo a confor- mar quatro terminais distintos "A", "B", "C" e "D" (ou quatro pólos). O terminal "A" consiste em um dos terminais do núcleo de indução 11; O terminal "B" consiste em um dos terminais do núcleo de indução 12; O terminal "C" consiste em um dos terminais do núcleo de indução .13; O terminal "D" consiste em um terminal comum entre os núcleos de indução 11, 12 e 13.

O circuito modular de comutação de velocidade para compressor, doravante refe- renciado apenas como circuito 2, é especialmente adequado à configuração preferencial ora descrita, ou seja, é especialmente adequado a um compressor de duas velocidades (com- pressor 4/2 pólos).

De acordo com a concretização preferencial da presente invenção, o circuito 2 é

fundamentalmente integrado por três relês eletrônicos 3, 4 e 5, o quais prevêem, respecti- vamente, um terminal de entrada de sinal de comando 31, 41 e 51, um terminal "comum" 32, 42 e 52, um terminal "normal fechado" 33, 43 e 53 e um terminal "normal aberto" 34, 44 e 54.

O circuito 2 é montado em uma estrutura individual 8, a qual compreende preferen- cialmente um placa de circuito impresso.

A comutação de cada contato elétrico interno de cada um dos relês eletrônicos 3, 4

e 5 ocorre quando seus respectivos terminais de entrada de sinal de comando 31, 41 e 51 são eletricamente alimentados. Estes sinais de comando são externos e preferencialmente oriundos de termostatos e similares, núcleos microprocessados ou similares e sistemas fe- chados de controle de temperatura (no caso de sistemas de refrigeração). O circuito 2 é eletricamente conectado entre o compressor 1 e uma fonte de ali-

mentação elétrica 6, de modo a conformar uma malha fechada.

Nesta malha fechada, uma das fases da fonte de alimentação elétrica 6 é conecta- da ao terminal "comum" 42 do relê eletrônico 4; O terminal "normal aberto" 44 do relê ele- trônico 4 é conectado ao terminal "comum" 52 do relê eletrônico 5; O terminal "normal fe- chado" 53 do relê eletrônico 5 é diretamente conectado ao terminal "A" do compressor 1; O terminal "normal aberto" 54 do relê eletrônico 5 é conectado ao terminal "comum" 32 do relê eletrônico 3; O terminal "normal aberto" 34 do relê eletrônico 3 é conectado ao terminal "B" do compressor 1; O terminal "C" do compressor 1 é diretamente conectado ao terminal "B" do compressor 1. O terminal "D" do compressor 1 é conectado à fase da fonte de alimenta- ção elétrica 6. Nota-se ainda que o terminal de entrada de sinal de comando 31 do relê ele- trônico 3 é diretamente conectado ao terminal "normal fechado" 53 do relê eletrônico 5.

Opcionalmente, é previsto também um circuito de partida 7, o qual é eletricamente conectado aos terminais "B" e "C" do compressor 1. Preferencialmente, o circuito de partida 7 é composto por elementos reativos capacitivos e uma chave elétrica (não ilustrados), a qual tem seu acionamento vinculado à comutação de "estado" do relê eletrônico 3. O circui- to de partida 7, como a própria referência induz, tem por objetivo auxiliar o acionamento dos núcleos de indução 12 e 13 existentes entre os terminais "B" e "C" do compressor 1.

O funcionamento do circuito 2, cujo objetivo consiste no seleção das velocidades do compressor 1, é simples. Em linhas gerais, o relê eletrônico 4 é responsável pelo on/off do compressor 1,

enquanto o relê eletrônico 5 é responsável pela seleção entre as velocidades do compres- sor 1 (através da energização de determinados pólos do mesmo). O relê eletrônico 3 é dire- tamente relacionado à troca de "estado" dos terminais do relê eletrônico 5, portanto, pode- se dizer que a comutação do relê eletrônico 3 é indiretamente realizada pelo relê eletrônico 5.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes

Claims (10)

1. Circuito modular de comutação de velocidade para compressor CARACTERIZADO pelo fato de compreender pelo menos três comutadores de contatos elétricos (3, 4 e 5) de acionamento elétrico associados entre si e responsáveis pela seleção dos pólos (11, 12 e 13) do compressor (1); o circuito (2) é montado em uma estrutura individual (8); o circuito (2) é eletricamente conectado entre o compressor (1) e uma fonte de ali- mentação elétrica (6), conformando uma malha fechada; o circuito (2) atua com base em sinais de comando externos.

2. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os comutadores de contatos elétricos (3, 4 e 5) compreendem relês eletrônicos.

3. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura individual (8) compreende uma placa de circuito impresso.

4. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito (2) é associado à pelo menos uma placa eletrônica já existente associada ao funcio- namento do sistema que o compressor (1) integra.

5. Circuito, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito (2) é associado à pelo menos uma placa eletrônica já existente associada a um sis- tema de refrigeração.

6. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os sinais de comando externos compreendem sinais de comando de termostatos.

7. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os sinais de comando externos compreendem sinais de comando de núcleos microproces- sados.

8. Circuito, de acordo com as reivindicações 1 e 5, CARACTERIZADO pelo fato de que os sinais de comando externos compreendem sinais de comando de sistemas fechados de controle de temperatura.

9. Circuito, de acordo com as reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito (2) é eletricamente conectado entre o compressor (1) e uma fonte de alimen- tação elétrica (6), conformando uma malha fechada onde: uma das fases da fonte de ali- mentação elétrica (6) é conectada ao terminal "comum" (42) do relê eletrônico (4); o terminal "normal aberto" (44) do relê eletrônico (4) é conectado ao terminal "comum" (52) do relê eletrônico (5); o terminal "normal fechado" (53) do relê eletrônico (5) é diretamente conecta- do ao terminal "A" do compressor (1); o terminal "normal aberto" (54) do relê eletrônico (5) é conectado ao terminal "comum" (32) do relê eletrônico (3); o terminal "normal aberto" (34) do relê eletrônico (3) é conectado ao terminal "B" do compressor (1); o terminal "C" do com- pressor (1) é diretamente conectado ao terminal "B" do compressor (1); o terminal "D" do compressor (1) é conectado à fase da fonte de alimentação elétrica (6); o terminal de entra- da de sinal de comando (31) do relê eletrônico (3) é diretamente conectado ao terminal "normal fechado" (53) do relê eletrônico (5).

10. Circuito, de acordo com as reivindicações 1 e 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito (2) é fisicamente instalado no interior da caixa proteção elétrica ("relay co- ver") do compressor (1).