ES2233594T3 - Circuito de aranque para motor, particularmente para compresores de frigorificos, que presenta caracteristicas mejoradas. - Google Patents
Circuito de aranque para motor, particularmente para compresores de frigorificos, que presenta caracteristicas mejoradas.Info
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Abstract
Circuito de arranque para motor, particularmente para compresores de frigoríficos y similares, que comprende un dispositivo de arranque, adaptado para conectarse al devanado de arranque (2) y al devanado de régimen constante (3) de un motor asíncrono, encontrándose dichos devanados conectados a su vez a la línea de alimentación de energía (4, 5), caracterizado porque dicho dispositivo de arranque comprende un puente rectificador (10) adaptado para alimentar un dispositivo de conmutación (11), estando el terminal de compuerta en dicho dispositivo de conmutación alimentado por medio de una red resistiva capacitiva (12, 13), un divisor capacitivo (16, 17, 18) alimentado por dicho puente, comprendiendo dicho divisor capacitivo (16, 17, 18) un primer capacitor (16) que se encuentra conectado a un diodo (17), el cual está a su vez conectado a un segundo capacitor (18), estando el voltaje obtenido a través de dicho divisor capacitivo adaptado para alimentar un transistor (14) el cual se encuentraconectado en serie a dicha red resistiva capacitiva, estando dicho devanado de arranque alimentado hasta que dicho transistor comienza la conducción, estando dicho dispositivo de conmutación desconectado cuando se conecta dicho transistor.
Description
Circuito de arranque para motor, particularmente
para compresores de frigoríficos, que presenta características
mejoradas.
La presente invención se refiere a un circuito de
arranque para motor, particularmente para compresores de
frigoríficos, que presenta características mejoradas. Más
particularmente, la invención se refiere a un circuito de arranque
para motores asíncronos, particularmente, aunque no de forma
exclusiva, adecuado para motores de compresores de
frigoríficos.
Es conocido que en un frigorífico el compresor
funciona cíclicamente con el fin de bombear el refrigerante en los
serpentines del frigorífico.
Esta activación del compresor ocurre cuando la
temperatura interna del frigorífico aumenta por encima de un umbral
preestablecido. En consecuencia, el elemento sensible al calor
detecta la temperatura interna del frigorífico y cuando dicha
temperatura aumenta por encima del umbral establecido, envía una
señal de activación a un circuito de arranque del compresor.
El circuito de arranque comprende un dispositivo
de arranque y un dispositivo para proteger el motor del
compresor.
El dispositivo de arranque está constituido por
un elemento sensible al calor en el cual el flujo de corriente
aumenta la temperatura, y este aumento de temperatura hace que el
elemento se comporte como un resistor de valor muy elevado, evitando
de ese modo el flujo de corriente a través del mismo para alcanzar
el devanado de arranque del motor compresor.
Sin embargo, aunque el elemento sensible al calor
resulta efectivo desde el punto de vista de la activación
intermitente del motor asíncrono de fase única del compresor,
presenta la desventaja de generar un consumo continuo, aunque bajo,
de energía eléctrica durante todo el funcionamiento del motor.
La solicitud de patente europea nº
EP-A-1045510 a nombre del mismo
solicitante según la presente solicitud, describe un circuito de
arranque que supera las desventajas mencionadas anteriormente.
En la práctica, el circuito de arranque según la
solicitud de patente mencionada anteriormente comprende unos medios
para generar impulsos que decrecen con el tiempo y se adaptan para
impulsar los medios de conmutación (por ejemplo un triac) que se
encuentran conectados al motor del compresor que se va a arrancar;
los medios de generación de impulsos se alimentan con energía de
corriente alterna.
Sin embargo, la solución propuesta en la
solicitud de patente mencionada anteriormente, al tiempo que es
sumamente eficaz desde el punto de vista de consumo de corriente,
adolece de una desventaja descrita a continuación.
Generalmente, un motor para compresores de
frigoríficos es un motor del tipo asíncrono en el cual hay dos
devanados: un devanado de régimen constante, el cual está
permanentemente accionado, y un devanado de arranque, que debe ser
accionado durante un corto período de tiempo sólo en el arranque de
motor y debe ser desconectado después.
La figura 1 es una vista esquemática del
principio de inserción del dispositivo de arranque según la
solicitud de patente mencionada anteriormente para el accionamiento
de un motor asíncrono.
El número de referencia 1 designa el dispositivo
de arranque según la solicitud de patente mencionada anteriormente;
el número de referencia 2 designa el devanado de arranque; y el
número de referencia 3 designa el devanado de régimen constante, el
cual está conectado a la línea de fase 4 y a la línea neutra 5.
El funcionamiento del circuito mostrado en la
Figura 1 es el siguiente. Cuando se alimenta voltaje a la línea, el
arranque 1 cierra el circuito, alimentando energía al devanado de
arranque 2. Después de un tiempo preestablecido, el dispositivo de
arranque 1 abre el conmutador que contiene (por ejemplo, según se
ha mencionado, un triac) y desacopla el devanado de arranque 2.
Para mejorar la eficacia del motor, algunos
modelos de compresor presentan un capacitor 6, conocido como
capacitor de régimen constante, mostrado en líneas de puntos en la
Figura 1.
El capacitor de régimen constante 6 está
conectado en paralelo al dispositivo de arranque 1.
Durante el arranque, el capacitor 6 se carga
periódicamente a voltajes importantes y descarga en tiempos muy
cortos sobre el conmutador (triac) del dispositivo de arranque 1.
Estas corrientes de descarga son muy elevadas y pueden dañar el
triac de forma irreparable.
El problema de la coexistencia del triac y el
capacitor es universalmente conocido y ocurre no sólo en el campo
de compresores de frigoríficos sino en todos los campos en los que
se utiliza un triac y existe, en la proximidad, un capacitor cuya
corriente de descarga puede dañar el triac.
En consecuencia, el circuito mostrado en la
Figura 1 presenta problemas de fiabilidad provocados por la
presencia del capacitor 6 que descarga repentinamente sobre el
triac que está presente en el dispositivo de arranque 1.
Los documentos nº JP 2000 308380, nº
US-A 4 399 394 y nº
US-A-4 366 426 describen un circuito
de arranque para motores, que presenta también un devanado de
arranque alimentado por un triac.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un circuito de arranque para motores, particularmente
para compresores de frigoríficos, en el que el capacitor dispuesto
en paralelo a la configuración de arranque no presente ningún efecto
negativo, con su descarga, sobre el interruptor del dispositivo de
arranque.
Con este fin, un objetivo de la presente
invención consiste en proporcionar un circuito de arranque para
motores, particularmente para compresores de frigoríficos, en el
que la corriente de descarga que llega desde el capacitor conectado
en paralelo al dispositivo de arranque se encuentre sumamente
limitado, de modo que permanezca dentro de los límites aceptables y
que pueda ser tolerado por el interruptor del dispositivo de
arranque.
Otro objetivo de la presente invención consiste
en proporcionar un circuito de arranque para motores,
particularmente para compresores de frigoríficos, en el que el
funcionamiento del motor no se vea afectado por la presencia del
circuito según la invención.
Otro objetivo de la presente invención consiste
en proporcionar un circuito de arranque para motores,
particularmente para compresores de frigoríficos, que resulte
sumamente fiable, relativamente sencillo de fabricar y con costes
competitivos.
Este y otros objetivos que se pondrán más
claramente de manifiesto a partir de la descripción siguiente, se
alcanzan mediante un circuito de arranque para motores,
particularmente para compresores de frigoríficos, según se define en
la reivindicación 1.
Otras características y ventajas de la invención
se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción
de una forma de realización preferida aunque no exclusiva del
circuito de arranque según la presente invención, ilustrada sólo a
título de ejemplo no limitativo en los dibujos adjuntos, en los
que:
la Figura 1 es en un diagrama de circuito de la
conexión de un circuito de arranque convencional a los devanados de
un motor asíncrono;
la Figura 2 es un diagrama de circuito, similar a
la Figura 1, con dicho circuito de arranque insertado según la
presente invención; y
la Figura 3 es un diagrama de circuito de una
segunda forma de realización del circuito de arranque según la
presente invención.
Con referencia a las figuras citadas
anteriormente, en las que los números de referencia designan
elementos idénticos, y particularmente con referencia a la Figura
2, el circuito de arranque según la presente invención, generalmente
designado por la referencia numérica 1 como en la Figura 1, está
conectado en paralelo al capacitor 6.
Para evitar que la descarga imprevista del
capacitor 6, que a su vez está conectado al devanado de arranque 2
y al devanado en régimen constante 3 del motor, sea capaz de dañar
el interruptor contenido en el dispositivo de arranque 1, es decir,
el triac (no mostrado en detalle en la figura), el circuito de
arranque según la invención interpone, entre el capacitor 6 y el
dispositivo de arranque 1, un elemento resistivo 7 que permite la
descarga del capacitor 6, evitando de este modo que la corriente de
descarga alcance el interruptor del dispositivo de arranque dañando
el interruptor (triac).
Sustancialmente, el elemento resistivo 7 se
conecta entre el dispositivo de arranque 1 y un nodo compartido por
un terminal del capacitor 6, un terminal del devanado de arranque
3, y la línea neutra.
La interposición del elemento resistivo 7, que
puede ser, por ejemplo, un componente electrónico real o puede
estar dispuesto por ejemplo cortando desde una plantilla de tamaño
apropiado los contactos metálicos o los mismos conectores Faston
utilizados para conectar al motor el dispositivo de arranque 1, no
produce ningún efecto apreciable en el funcionamiento del motor,
debido a su bajo valor óhmico.
Convenientemente, el valor óhmico del elemento
resistivo 7 podría encontrarse por ejemplo entre 1 y 5 ohms.
La disipación de energía en el elemento resistivo
7 puede ser elevado; sin embargo, puesto que la fase de arranque
del motor dura aproximadamente 0,5 segundos, el calentamiento del
elemento resistivo 7 resulta insignificante y no es necesario
utilizar resistores de voltaje elevado.
La Figura 3 ilustra una segunda forma de
realización del circuito de arranque según la presente invención.
Con referencia a dicha figura, en la que los números de referencia
designan elementos idénticos, el dispositivo de arranque 1,
conectado al devanado de régimen constante 2 y al devanado de
arranque 3, comprende un puente rectificador 10 que está
constituido por cuatro diodos 10a-10d que están
adaptados para rectificar el voltaje de red y lo aplican a los
terminales de un elemento de conmutación 11 que puede resultar
convenientemente constituido por un triac o por un SCR.
El terminal de compuerta del dispositivo de
conmutación 11 es alimentado por el voltaje rectificado por el
puente de diodo 10, por medio de una red resistiva capacitiva que
se forma por un resistor 12 y por un capacitor 13 correspondientes
dispuestos en serie para ello. El resistor 12 y el capacitor 13 se
acoplan además en serie a un transistor 14, convenientemente de un
tipo bipolar o MOS, cuyo terminal de fuente se encuentra conectado
a un resistor 15 para la estabilización térmica del transistor. El
resistor se puede eliminar opcionalmente.
El voltaje rectificado por el puente de diodo 10
también alimenta un divisor capacitivo constituido por un primer
capacitor 16, un diodo 17 y un segundo capacitor 18, que se
encuentra a su vez conectado en paralelo a dos resistores 19 y 20
adaptados para constituir un divisor resistivo y obtener el voltaje
a través del segundo capacitor 18.
El terminal de compuerta del transistor 14 se
conecta al nodo común entre los dos resistores 19 y 20.
El primer capacitor 16 presenta un resistor 21
conectado en paralelo al mismo y el capacitor 13 dispuesto en serie
al resistor 12 presenta a su vez un resistor 22 conectado en
paralelo.
Con referencia al circuito descrito
anteriormente, el funcionamiento es el siguiente.
Durante la activación, los resistores 21 y 22 se
pueden ignorar debido a su valor óhmico elevado. Los resistores
están implicados durante la desactivación, lo cual se describe a
continuación.
El voltaje de red alimenta directamente el
devanado de régimen constante 2, al tiempo que el devanado de
arranque 3 es alimentado por medio del circuito del arranque. Se
rectifica el voltaje de red por el puente de diodo 10 y se aplica a
los terminales del dispositivo de conmutación 11. Su voltaje
rectificado alimenta, por medio de la red 12 y 13, el terminal de
compuerta del dispositivo de conmutación 11.
El transistor MOS 14 se encuentra inicialmente
desconectado y por lo tanto la corriente que pasa a través del
resistor 12 y del capacitor 13, inicialmente entra de forma parcial
en el terminal de compuerta del dispositivo de conmutación 11 y
entra parcialmente al resistor de compensación de temperatura 25
que se encuentra conectado en paralelo al transistor MOS 14.
La fracción de corriente que entra al terminal de
compuerta del dispositivo de conmutación, denominado en lo sucesivo
triac por conveniencia, resulta suficiente para encender el triac,
que conduce en consecuencia. Por lo tanto, a partir de la etapa
inicial el devanado de arranque 3 es alimentado a lo largo de la
trayectoria formada por el diodo 10a, el triac 11 y el diodo 10d
durante las semiondas positivas de la alimentación de voltaje, y a
través del diodo 10c, el triac 11 y el diodo 10b durante las
semiondas negativas.
El voltaje rectificado por el puente de diodo 10
alimenta también el divisor capacitivo formado por el primer
capacitor 16, por el diodo 17 y por el segundo capacitor 18. Sin
embargo, mientras que el capacitor 16 carga y descarga, siguiendo el
voltaje de alimentación, el diodo 17 evita que se descargue el
capacitor 18. Por lo tanto, en cada semionda el voltaje a través
del capacitor 18 se incrementa por una cierta cantidad que depende
de los valores de los dos capacitores (al final, el voltaje a
través del capacitor 18 se encuentra limitado por un diodo 26 Zener
dispuesto en paralelo al capacitor 18).
El voltaje a través del segundo capacitor 18 se
obtiene a partir del divisor resistivo formado por los resistores
19 y 20 y alimenta el terminal de compuerta del transistor 14.
Durante el funcionamiento, a medida que aumenta
el voltaje a través del segundo capacitor 18, también aumenta el
voltaje aplicado al terminal de compuerta del transistor 14, y el
transistor 14 comienza a conducir en un momento determinado. Por
conducción, el transistor 14 descarga la corriente de la red 12 y
13, que por lo tanto no fluye más a través del terminal de
compuerta del triac 11 y ya no podrá conectarse.
De ahora en adelante, se interrumpe la
trayectoria que alimenta el devanado de arranque 3 y el devanado no
recibe ya energía eléctrica. El resistor 15 en el terminal de la
puerta del transistor 14 está ideado para proporcionar
estabilización térmica del funcionamiento del transistor, aunque,
como se ha mencionado, puede ser omitido opcionalmente.
Durante el arranque, el capacitor 13 es cargado
al voltaje de red rectificado por el puente de diodo 10 y entonces
se descarga inmediatamente a través del triac 11 tan pronto como
dicho triac comience a conducir. En cambio, cuando se desconecta el
triac al final de la etapa de arranque, el capacitor 13 ya no se
encuentra capacitado para descargar a través de él y carga casi
instantáneamente al voltaje de red. De ahora en adelante, el
voltaje acumulado en el capacitor 13 se opone al voltaje de red,
evitando otros flujos de corriente a través de la red 12 y 13 y el
terminal de compuerta del dispositivo de conmutación o triac 11.
Cuando se apaga el circuito, las corrientes de las diversas ramas
resultan por tanto extremadamente pequeñas y el consumo de energía
es casi cero.
El circuito de la Figura 3 se puede disponer o no
con el capacitor 6 y con el resistor 7 correspondiente.
Cuando el motor está desconectado del alimentador
de energía, los capacitores 16 y 13 descargan con un tiempo
constante de unos pocos segundos, después de lo cual el circuito
retorna a la condición inicial y se encuentra dispuesto para un
nuevo arranque. Para hacer la descarga reproducible y fiable, los
resistores con elevado valor óhmico, es decir, los resistores 21 y
22 respectivamente, se disponen en paralelo a los capacitores.
Otro capacitor 28 se puede conectar en paralelo
al dispositivo de conmutación 11, con una función de protección,
que limita los voltajes transitorios a través del triac, en el que
pueden conducir a conexiones parásitas. La presencia del capacitor
28 depende del modelo del triac 11 y puede incluso resultar
innecesaria. Algunas veces es también posible disponer un resistor
de valor bajo en serie al capacitor 28.
El resistor 25 de temperatura variable está
diseñado para compensar la variación de las características del
dispositivo de conmutación 11 a medida que varía la temperatura. La
operación es la siguiente: a medida que se incrementa la
temperatura, la corriente de terminal de compuerta requerida para
acoplar el dispositivo 11 disminuye en gran parte; en consecuencia,
a elevada temperatura incluso la corriente pequeña que llega de la
red 12 y 13 cuando el circuito se desconecta podría resultar
suficiente para conectar el triac 11 de nuevo a intervalos no
intencionados. Sin embargo, a medida que aumenta la temperatura, el
resistor 25 reduce su resistividad y drena un porcentaje cada vez
mayor de la corriente que llega desde la red 12 y 13.
De esta manera, la corriente que entra al
terminal de compuerta del triac 11 resulta cada vez más pequeña a
medida que aumenta la temperatura, y permanece siempre cerca del
valor crítico de activación. Seleccionando apropiadamente el valor
del resistor 25 (y combinando un resistor 25 en serie con un
resistor normal) es posible compensar el circuito sobre su
intervalo completo de temperatura de funcionamiento.
Se ha observado en la práctica que el circuito de
arranque según la presente invención alcanza completamente las
metas y objetivos pretendidos, puesto que permite evitar dañar el
interruptor presente en el dispositivo de arranque debido a la
descarga del capacitor conectado en paralelo al dispositivo de
arranque.
Sustancialmente, la presencia del elemento
resistivo conectado entre el dispositivo de arranque 1 y el
capacitor permite limitar las corrientes de descarga que llegan
desde el capacitor sin producir ningún efecto apreciable en el
funcionamiento del motor conectado al circuito de arranque según la
inven-
ción.
ción.
El circuito concebido de este modo es susceptible
de numerosas modificaciones y variaciones, las cuales se encuentran
dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas; además todos
los detalles pueden ser sustituidos por otros elementos
técnicamente equivalentes.
En el caso en que las características técnicas
mencionadas en cualquier reivindicación estén indicadas con signos
de referencia, los signos de referencia se han incluido con el
único objetivo de incrementar la comprensión de las reivindicaciones
y en consecuencia, dichos signos de referencia no presentan ningún
efecto limitativo sobre el alcance de cada elemento identificado a
título de ejemplo por los signos de referencia de este tipo.
Claims (14)
1. Circuito de arranque para motor,
particularmente para compresores de frigoríficos y similares, que
comprende un dispositivo de arranque, adaptado para conectarse al
devanado de arranque (2) y al devanado de régimen constante (3) de
un motor asíncrono, encontrándose dichos devanados conectados a su
vez a la línea de alimentación de energía (4, 5),
caracterizado porque dicho dispositivo de arranque comprende
un puente rectificador (10) adaptado para alimentar un dispositivo
de conmutación (11), estando el terminal de compuerta en dicho
dispositivo de conmutación alimentado por medio de una red
resistiva capacitiva (12, 13), un divisor capacitivo (16, 17, 18)
alimentado por dicho puente, comprendiendo dicho divisor capacitivo
(16, 17, 18) un primer capacitor (16) que se encuentra conectado a
un diodo (17), el cual está a su vez conectado a un segundo
capacitor (18), estando el voltaje obtenido a través de dicho
divisor capacitivo adaptado para alimentar un transistor (14) el
cual se encuentra conectado en serie a dicha red resistiva
capacitiva, estando dicho devanado de arranque alimentado hasta que
dicho transistor comienza la conducción, estando dicho dispositivo
de conmutación desconectado cuando se conecta dicho
transistor.
transistor.
2. Circuito de arranque según la reivindicación
1, caracterizado porque dicho segundo capacitor está
conectado en paralelo a un divisor resistivo (19, 20) adaptado para
alimentar dicho transistor (14).
3. Circuito de arranque según la reivindicación
2, caracterizado porque dicho primer capacitor (16) presenta
un resistor (21) conectado en paralelo al mismo.
4. Circuito de arranque según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicha red
resistiva capacitiva (12, 13) comprende un resistor (12) y un
capacitor (13) que están montados en serie, estando dicho capacitor
provisto de un resistor de descarga (22) conectado en paralelo al
mismo.
5. Circuito de arranque según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho
dispositivo de conmutación (11) es un triac.
6. Circuito de arranque según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicho
dispositivo de conmutación (11) es un SCR.
7. Circuito de arranque según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicho transistor
(14) es un transistor bipolar.
8. Circuito de arranque según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dicho transistor
(14) es un transistor MOS.
9. Circuito de arranque según un o más de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende un
diodo Zener (26) que está conectado en paralelo a dicho segundo
capacitor (18).
10. Circuito de arranque según una o varias de
las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende un
resistor de compensación de temperatura (25) que está conectado en
paralelo a dicho transistor (14).
11. Circuito de arranque según una o varias de
las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque comprende
un resistor de estabilización (15) que está conectado en serie a
dicho transistor (14).
12. Circuito de arranque según una o varias de
las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque comprende
un capacitor (28) que está conectado en paralelo a dicho
dispositivo de conmutación (11).
13. Circuito de arranque según una o varias de
las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque comprende
un capacitor de régimen constante (6) que está conectado en
paralelo a dicho devanado de régimen constante (3).
14. Circuito de arranque según una o varias de
las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque comprende
un resistor (7) que está conectado entre dicho capacitor de régimen
constante (6) y dicho puente de diodos (10).
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