ES2335287T3 - Motor de velocidad variable. - Google Patents
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Abstract
Un motor de velocidad variable que comprende: una pluralidad de devanados principales (10, 20) y una pluralidad de devanados auxiliares (11, 21) que están montados sobre un estator; un primer relé (30) adaptado para llevar a cabo una operación de conmutación entre unas conexiones en serie y en paralelo de los devanados principales (10, 20); un segundo relé (31) adaptado para llevar a cabo una operación de conmutación entre conexiones en serie y en paralelo de los devanados auxiliares (11, 21); una unidad de condensadores (50) que incluye un primer condensador (C2) conectado a la pluralidad de devanados auxiliares (11, 21) y al menos un condensador adicional (C3) conectado en paralelo al primer condensador (C2); y un circuito de control (60) de los condensadores adaptado para controlar los estados de conexión del primer condenador (C2) y del al menos un condensador adicional (C3).
Description
Motor de velocidad variable.
La presente invención se refiere a un motor de
velocidad variable y, más concretamente, a un motor de velocidad
variable para su uso en un motor capaz de recibir una potencia de
Corriente Alterna (CA) monofásica, el cual incluye unos devanados
montados sobre un estator del motor para formar unos polos, y un
relé para conectar los devanados en serie o en paralelo entre sí
para controlar la velocidad del motor, de forma que pueda
convenientemente variar una velocidad de rotación del motor.
La Fig. 1 es una vista en perspectiva en
despiece ordenado de un rotor y de un estator contenido en un motor
de rotación externa convencional. La Fig. 2 es una disposición del
devanado de un motor que ilustra una distribución de un devanado
hexapolar convencional.
Típicamente, un motor incluye un estator sobre
el cual están montados unos devanados, un imán permanente, y un
rotor constituido con un conductor de Al (aluminio) o núcleo de
hierro. El motor genera una variación periódica de la corriente en
el devanado montado sobre el estator, el par se produce en el rotor
mediante una variación constante de un campo magnético que depende
de la variación de la corriente, de tal manera que el motor pueda
adquirir la potencia de rotación mediante el par.
El motor se clasifica en un motor de rotación
interna y un motor de rotación externa de acuerdo con las posiciones
del estator y del rotor. Concretamente, el motor de rotación
externa instala el estator dentro del rotor, de forma que el rotor
es rotado por la variación de la corriente que fluye en el devanado
del estator, como se muestra en la Fig. 1.
Si el devanado del estator compuesto por dos
partes de devanado forma seis polos, como se muestra en la Fig. 2,
cada una de las partes del devanado forma tres polos en el estator y
posibilita que se invierta una dirección del devanado. Por
consiguiente, si se aplica una señal de potencia de CA monofásica al
estator, se invierte una dirección de la corriente capaz de formar
un polo adyacente, y una polaridad de un campo magnético generado
por la corriente invertida es clasificada en un polo N y un polo S,
de manera que el polo N y el polo S son generados de modo
alternado.
Por otro lado, si se aplica una señal de tensión
de CA monofásica a un motor de inducción monofásico convencional,
una fuerza contraelectromotriz es generada en un devanado primario
sobre el estator, y una fuerza contraelectromotriz es generada en
un devanado secundario montado sobre un conductor del rotor mediante
el campo generado desde el devanado del estator, de manera que el
par es generado para hacer rotar el rotor.
Sin embargo, si la señal de potencia de CA
monofásica es aplicada al motor de inducción monofásico, el motor
de inducción monofásico no genera una fuerza de rotación, y genera
un campo magnético alterno cuya magnitud es modificada en la
dirección de un eje del devanado, de forma que requiere
adicionalmente un dispositivo de arranque adicional para poner en
marcha inicialmente el motor. En este caso, el motor de inducción
monofásico es clasificado en motor de arranque de fase abierta,
motor tipo bobina blindada, motor de funcionamiento con
condensador, motor de arranque de repulsión de acuerdo con las
categorías del dispositivo de arranque.
Por ejemplo, a continuación se describirá con
referencia a la Fig. 3 el motor de condensador ampliamente
utilizado.
La Fig. 3 es un circuito equivalente de un motor
de inducción monofásico tipo del condensador. Con referencia a la
Fig. 3, el motor de inducción monofásico tipo de condensador incluye
un devanado principal L1, un devanador auxiliar L2, y un
condensador C conectado en serie al devanado auxiliar L2. Si se
aplica una señal E1 de potencia de CA monofásica al motor de
inducción monofásico tipo de condensador, un campo magnético
alternativo es generado en el devanado principal L1. En este caso,
el condensador C controla una fase de una señal de corriente que
fluye dentro del devanado auxiliar L2 que es precedida en un ángulo
predeterminado de 90° de tal manera que se genera en el devanado
auxiliar L2 un campo magnético auxiliar con una diferencia de fase
de 90° en comparación con el campo magnético alternativo del
devanado principal L1.
Por consiguiente, el campo magnético alternativo
generado a partir del devanado principal L1 y el campo magnético
auxiliar generado a partir del devanador auxiliar L2 tienen fases
del campo magnético diferentes, de tal manera que no son
compensadas sino añadidas. Como consecuencia de ello, se genera un
campo magnético de rotación, de tal manera que es rotado el motor
de inducción monofásico.
Si el motor de inducción monofásico tipo de
condensador convencional es aplicado a una máquina de lavar, existe
la necesidad de que el motor de inducción monofásico sea rotado a
una velocidad alta o baja de acuerdo con el proceso de lavado. El
motor de inducción monofásico anteriormente referido puede mantener
una velocidad de rotación constante en un emplazamiento específico
en el cual un par del motor satisfaga una curva del par resistente
de la carga, de manera que requiera un dispositivo capaz de poner en
práctica un motor que tenga una función de conversión de la
velocidad, y puede controlarse de forma adecuada la velocidad del
motor de la máquina de lavar.
Por consiguiente, se añade un circuito inversor
o un circuito de arrastre adicional a un motor trifásico para
controlar una velocidad de rotación del motor. En este caso, el
coste de producción se incrementa de forma considerable, de manera
que el coste de producción de un motor de velocidad variable también
se incrementa de forma considerable. Por consiguiente, muchos
promotores han desarrollado investigaciones intensas dirigidas a un
motor de inducción monofásico de cambio del número de polos que
actúe como controlador de la velocidad del motor a bajo precio. Un
motor de inducción monofásico de conversión bipolar/4 polos
generalmente utilizado como motor de inducción monofásico de cambio
del número de polos se describirá a continuación con referencia a la
Fig. 4.
La Fig. 4 es una configuración de un motor de
inducción monofásico de cambio del número de polos. Como se muestra
en la Fig. 4, el motor de inducción monofásico de cambio del número
de polos convencional incluye un devanado principal bipolar (1a y
1b), un devanado auxiliar bipolar (2a y 2b), un devanado principal
tetrapolar (3a, 3b, 3c y 3d), y un devanado auxiliar tetrapolar
(4a, 4b, 4c, y 4d). En el caso de un funcionamiento de dos polos,
el motor es accionado por el devanado principal bipolar y el
devanado auxiliar bipolar. En el caso de funcionamiento tetrapolar
el motor es accionado por el devanado principal tetrapolar y el
devanado auxiliar tetrapolar.
En otras palabras, el motor de inducción
monofásico de cambio del número de polos referido con anterioridad
incluye un devanado de alta velocidad y una devanado de baja
velocidad los cuales están dispuestos de forma independiente uno de
otro, de tal manera que el motor puede ser puesto en funcionamiento
mediante operaciones de dos polos que utilicen devanados bipolares
asociados en el caso de una rotación de alta velocidad y el motor
puede ser puesto en funcionamiento mediante operaciones tetrapolares
que utilicen devanados asociados con 4 polos en el caso de una
rotación de baja velocidad. De esta forma, el motor de inducción
monofásico de cambio del número de polos anteriormente referido
puede adecuadamente variar la velocidad de rotación utilizando
devanados individuales.
Sin embargo, el motor de inducción monofásico de
cambio del número de polos anteriormente referido utiliza cuatro
devanados para llevar a cabo una operación de cambio del número de
polos, un área en sección transversal de una ranura se incrementa,
la eficiencia del motor se reduce en gran mediante por la pérdida en
el núcleo incrementada del estator, y así mismo se limita una
velocidad variable mínima que pueda ponerse en práctica, de manera
que tiene dificultades en la extensión del alcance de una velocidad
variable.
El documento EP 0 545 087 A1 describe un motor
monofásico que incorpora un devanado operativo, el cual está
dividido en múltiples devanados parciales, cuyo número es igual al
número de modos de la velocidad. Para el modo de velocidad baja al
menos dos devanados parciales están conectados en serie, en el que
para un modo de alta velocidad de devanados parciales están
conectados en paralelo.
El documento EP 0 813 293 A1 describe un motor
eléctrico para un motor de inducción monofásico. El circuito de
control incluye unos conmutadores, unas conexiones intermedias
principales y unos condensadores conmutables para adaptar la
selección entre el accionamiento de la onda en línea y cuadrada.
El documento US 5,703,458 describe un
controlador de la velocidad del motor del tipo condensador, el cual
varía una amplitud de una señal de tensión CA proporcionada a partir
de una fuente de CA para accionar un motor de CA que incluye una
primera impedancia y una conexión en serie entre la fuente y el
motor. Una segunda impedancia es eléctricamente conectable con una
primera impedancia en base a los reglajes de un conmutador de tal
manera que la impedancia total interpuesta entre la fuente y la
carga se modifica mediante conmutación.
Por consiguiente, la presente invención se ha
realizado a la vista de los problemas referidos, y constituye un
objetivo de la presente invención proporcionar un motor de velocidad
variable para controlar la velocidad del motor sin utilizar una
unidad de accionamiento capaz de llevar a cabo una función de
variación de la velocidad en un emplazamiento externo, dando como
resultado unos costes de producción reducidos del motor, un ruido
vibratorio electromagnético reducido, y un consumo de energía
reducido.
Los objetivos se obtienen mediante las
características distintivas de la reivindicación independiente.
De modo preferente, los devanados principales
incluyen un primer devanado principal y un segundo devanado
principal, de manera que los primero y segundo devanados principales
están enrollados para constituir una pluralidad de polos. Los
devanados principales están diseñados para formar 4 polos. Los
devanados principales para formar 6 polos.
De modo preferente, el motor de velocidad
variable incluye así mismo un devanado de conexión intermedia
conectado en serie al primer devanado principal y al segundo
devanado principal mediante una operación de conmutación.
De modo preferente, el motor de velocidad
variable incluye así mismo un circuito de control de los
condensadores para controlar las capacitancias y las tensiones de
entrada de los condensadores individuales contenidos en la unidad
de condensadores.
De modo preferente el circuito de control de los
condensadores incluye al menos un relé. El circuito de control de
los condensadores incluye un accionador controlado por tensión capaz
de controlar la tensión aplicada a ambos extremos de la unidad de
condensadores.
El motor de velocidad variable de acuerdo con la
presente invención definido en la reivindicación 1 controla un relé
conectado a los devanados para llevar a cabo una operación de
conmutación entre las conexiones en serie/en paralelo de los
devanados para controlar la velocidad del motor, de tal manera que
la velocidad del motor pueda ser modificada sin utilizar una unidad
de accionamiento capaz de cambiar la velocidad del motor en un
emplazamiento externo. Así mismo, el motor de velocidad variable
incluye el devanado de conexión intermedia conectado en serie a los
devanados referidos, de tal manera que pueda controlar la velocidad
del motor en múltiples etapas utilizando el devanado de conexión
intermedia. Como resultado de ello, los costes de producción del
motor de velocidad variable se reducen, la densidad del flujo del
entrehierro se reduce, y también se reduce el ruido de la vibración
electromagnética.
Así mismo, con el fin de llevar a cabo un
proceso de deshidratación apropiado cuando el motor mencionado con
anterioridad se aplica a una máquina de lavar, un proceso de
deshidratación de alta velocidad o un proceso de deshidratación de
baja velocidad es modificado en múltiples etapas, de manera que la
ropa no resulta dañada y se reduce también el consumo de
energía.
Los objetivos, rasgos distintivos referidos y
otras ventajas de la presente invención se comprenderán con mayor
claridad a partir de la descripción detallada subsecente tomada en
combinación con los dibujos que se acompañan, en los cuales:
La Fig. 1 es una vista en perspectiva en
despiece ordenado de un rotor de un estator contenido en un motor
de rotación externa convencional;
la Fig. 2 es una disposición de devanado del
motor que ilustra una distribución de un devanado de 6 polos
convencional;
la Fig. 3 es un diagrama de circuito de un motor
de inducción monofásico tipo de condensador convencional;
la Fig. 4 es una configuración de un motor de
producción monofásico de cambio del mismo del número de polos
convencional;
la Fig. 5 es un diagrama de circuito que ilustra
un circuito en el cual un relé está conectado entre dos
devanados;
la Fig. 6 es un diagrama de circuito que ilustra
un estado de conexión de devanado de un motor de rotación hacia
delante/inversa;
la Fig. 7 es un gráfico que ilustra la variación
de una velocidad de rotación del motor mediante una operación de
conmutación entre devanados;
la Fig. 8 es un diagrama de circuito que ilustra
un circuito para variar la velocidad del motor en el cual el
circuito incluye así mismo un devanado de conexión intermedia;
la Fig. 9 es un diagrama de circuito que ilustra
un circuito para variar la velocidad del motor de un motor de
rotación hacia delante/inversa;
la Fig. 10 es un gráfico que ilustra la
variación de la velocidad de rotación del motor generada por una
operación de conmutación entre devanados;
la Fig. 11 es un diagrama de circuito que
ilustra un circuito que incluye un relé conectado entre dos
devanados principales capaz de formar 6 polos;
la Fig. 12 es un diagrama de circuito que
ilustra un estado de conexión de devanado de un motor de rotación
hacia delante/inversa;
la Fig. 13 es un gráfico que ilustra la
variación de la velocidad de rotación del motor generada por una
operación de conmutación entre devanados;
la Fig. 14 es un diagrama de circuito que
ilustra un motor de velocidad variable de acuerdo con una forma de
realización preferente de la presente invención; y
la Fig. 15 es un gráfico que ilustra la
variación de la velocidad de rotación del motor generada por la
activación del control de los condensadores y la activación de
conmutación entre devanados de acuerdo con la forma de realización
preferente de la presente invención.
A continuación se describirán con detalle formas
de realización preferentes de la presente invención con referencia
a los dibujos adjuntos. En los dibujos, los mismos o similares
elementos se indican mediante las mismas referencias numerales aun
cuando se representen en dibujos diferentes. En la descripción
subsecuente, se omitirá una descripción detallada de las funciones
y configuraciones conocidas incorporadas en la presente memoria
cuando pueda provocar que el objeto de la presente invención
resulte algo confuso.
Una forma de realización preferente del motor de
velocidad variable de la presente invención se describirá en las
líneas que siguen con referencia a los dibujos adjuntos.
Un motor de velocidad variable de acuerdo con la
presente invención es un motor de inducción monofásico al cual se
aplica una señal de potencia de CA monofásica. En el caso de un
motor de rotación externa en el cual un rotor está montado sobre el
lado exterior de un estator, un radio de rotación del motor de
rotación externa es mayor que el de un motor de rotación interna, y
el par por volumen unitario se incrementa de forma considerable, de
manera que la extensión de una velocidad de rotación alta o baja del
motor puede extenderse de acuerdo con los estados de conexión del
devanado en serie/en paralelo de las bobinas.
La Fig. 5 es un diagrama de circuito que ilustra
un circuito en el cual un relé está conectado entre dos
devanados.
Como se muestra en la Fig. 5 un motor de
velocidad variable incluye dos devanados compuestos por un primer
devanado principal 10 y por un segundo devanado principal 20 y un
relé 30 conectado entre los devanados para llevar a cabo una
operación de conmutación entre conexiones en serie/en paralelo de
los devanados de manera que la velocidad del motor pueda ser
controlada por medio de la disposición variable de los
devanados.
En el circuito referido con anterioridad,
mostrado en la Fig. 5, el primer devanado principal 10 forma un
polo N, y el segundo devanado principal 20 forma un polo S, de
manera que se forman 4 polos mediante los primero y segundo
devanados principales 10 y 20, dando como resultado la implantación
de un motor tetrapolar.
En este caso, la tensión aplicada a un par de
polos se modifica de acuerdo con una forma de conexión de las
bobinas enrolladas sobre el motor. Si se determina que una señal de
tensión de suministro de energía aplicada al motor sea de 220V, la
tensión de 200V se carga sobre cada primer devanado principal 10 y
sobre cada segundo devanado principal 20 a condición de que las
bobinas estén conectadas en paralelo. Sin embargo, si las bobinas
están conectadas en serie, la tensión de 220V se divide en polos
individuales, de manera que la tensión aplicada a un par de polos
se determina para que sea de 110V.
Por consiguiente, se produce una corriente de
inducción en el rotor mediante una variación del campo magnético
generada por una variación de la corriente asociada con los
devanados individuales. Esta corriente de inducción genera un par
de rotación para hacer rotar el rotor. Este par de rotación es
proporcional a una señal de potencia aplicada al motor, de manera
que el motor en el estado de conexión en paralelo de las bobinas
recibe una tensión alta relativamente mayor que la del estado de la
conexión en serie de las bobinas, dando como resultado una
velocidad incrementada del motor. El relé 30 para llevar a cabo una
operación de conmutación entre las conexiones en serie/en paralelo
del circuito se incluye también en la Fig. 5, de manera que la
velocidad del motor puede ser controlada por el relé.
El primer devanado principal 10 y el segundo
devanado principal 20 forman, cada uno, dos polos, y están
enrollados sobre el motor. El relé 30 está conectado entre
devanados individuales, de manera que el estado de conexión de los
devanados del motor resulta conmutado entre las conexiones en
serie/en paralelo mediante las operaciones del relé 30. Si los
devanados del motor están conectados en paralelo para hacer rotor el
motor a alta velocidad, el relé 30 conecta un punto de contacto
"a" al otro punto de contacto "b" de un tablero de
conexión de un primer cajetín "box 1", y conecta un punto de
contacto "c" al otro punto de contacto "d" de un tablero
de conexiones de un segundo cajetín "box 2". Si los devanados
del motor están conectados en serie para hacer rotar el motor a
baja velocidad, el relé 30 conecta el punto de contacto "a"
contenido en el primer cajetín "box 1" al otro punto de
contacto "d" contenido en segundo cajetín "box 2". Como
resultado de ello, el relé puede llevar a cabo la operación de
conmutación entre las conexiones en serie/en paralelo de los
devanados del motor, de manera que la velocidad de rotación del
motor puede diversificarse ampliamente.
En particular, si un devanado auxiliar está
también enrollado sobre le motor junto con los devanados principales
anteriormente referidos, el motor puede ser rotado en dirección
inversa tras la recepción de una señal de potencia, y una
descripción detallada de aquella se describirá a continuación con
referencia a la Fig. 6. La Fig. 6 es un diagrama de circuito que
ilustra un estado de conexión de los devanados de un motor de
rotación hacia delante/inversa.
Con referencia a la Fig. 6, el devanado auxiliar
añadido al motor incluye unos primero y segundo devanados
auxiliares 11 y 21 los cuales están enrollados en una dirección
inversa respecto de cada devanado principal. Si se aplica la misma
señal de potencia de CA a los primero y segundo devanados
principales 11 y 21, se generan unos polos opuestos de tal manera
que le rotor es rotado en una dirección inversa. Así mismo, los
primero y segundo devanados auxiliares 11 y 21 están conectados
entre sí mediante un relé 31, de manera que el relé 31 lleva a cabo
una operación de rotación entre las conexiones en serie/en paralelo
de los primero y segundo devanados auxiliares 11 y 21 de la misma
forma que la rotación hacia delante del motor.
A los fines de la rotación hacia delante o
inversa del motor, un conmutador SW1 puede estar conectado a uno de
dos puntos de contacto "u" y "v". Si el conmutador SW1
está conectado al punto de contacto "u" de manera que esté
conectado al devanado principal, el motor es rotado en dirección
hacia delante. Por el contrario, si el conmutador SW1 está
conectado al punto de contacto "v" de manera que esté conectado
al devanado auxiliar, el motor es rotado en dirección inversa.
Aunque el motor sea rotado en dirección inversa debido a las
operaciones anteriormente referidas, una velocidad de rotación del
motor puede diversificarse ampliamente.
Por consiguiente, en el caso del motor de
velocidad variable anteriormente referido, el alcance de la
velocidad variable dependiente de la carga del motor puede
indicarse mediante el siguiente gráfico mostrado en la Fig. 7.
La Fig. 7 es un gráfico que ilustra una
variación de la velocidad de rotación del motor generada por la
operación de conmutación entre devanados.
En el caso de la determinación del par requerido
por la carga sobre la base de una curva de la carga con el fin de
hacer rotar el motor a baja velocidad, una curva B1 constituida
cuando dos devanados están conectados en serie satisface la curva
de la carga en un punto específico m1 indicativo de una baja
velocidad, como se muestra en la Fig. 7. El par predeterminado debe
ser aplicado a la carga para hacer rotar el motor a baja velocidad.
Con mayor detalle, si dos devanados están conectados en serie, una
velocidad de rotación del motor debe ser mantenida a una velocidad
determinada, y al mismo tiempo un par predeterminado requerido por
la carga debe ser aplicado a la carga. Si los devanados están
conectados en paralelo, un par excesivo mayor que un valor
predeterminado requerido por la carga es aplicado a la carga, lo que
se traduce en la aparición de un consumo de energía
innecesario.
En el caso de la determinación del par requerido
por la carga sobre la base de la curva de la carga con el fin de
hacer rotar el motor a alta velocidad, una curva A1 constituida
cuando dos devanados están conectados en paralelo satisface la
curva de la carga en un punto específico n1 indicativo de una alta
velocidad, como se muestra en la Fig. 7, de tal manera que se
proporciona el par requerido por la carga y al mismo tiempo el
motor puede ser rotado a la velocidad requerida. Por consiguiente,
con el fin de hacer rotar el motor a alta velocidad, los dos
devanados referidos deben estar conectados en paralelo mediante el
relé 30.
El motor de velocidad variable de acuerdo con la
presente invención puede ser aplicado a una máquina de lavar capaz
de llevar a cabo un proceso de deshidratación a una velocidad baja o
alta. En este caso, si la máquina de lavar lleva a cabo el proceso
de deshidratación a alta velocidad, el relé controla el motor que va
a ser rotado a alta velocidad. Por el contrario, si la máquina de
lavar lleva a cabo el proceso de deshidratación a baja velocidad,
el relé controla el motor que va a ser rotado a baja velocidad. De
esta manera, el proceso de deshidratación puede llevarse a cabo a
múltiples velocidades mediante la operación de conmutación del
relé.
Por consiguiente, como se muestra en la Fig. 7,
el punto "m" indicativo tanto de la rotación a baja velocidad
del motor como de la generación de un par bajo indica que el primer
devanado principal y el segundo devanado principal están conectados
en serie. Si la conexión en serie anteriormente referida es aplicada
al proceso de deshidratación, la máquina de lavar lleva a cabo un
proceso de deshidratación a baja velocidad. Un proceso de
deshidratación a baja velocidad se lleva a cabo en el punto "n"
en el cual el primer devanado principal y el segundo devanado
principal están conectados en paralelo.
Un motor de velocidad variable adicional es casi
similar al motor de velocidad variable referido con anterioridad
con la excepción de un devanado de conexión intermedia. Por
consiguiente los mismos elementos son designados con los mismos
numerales de referencia, de manera que su descripción detallada se
omitirá en la presente memoria por comodidad en la descripción.
La Fig. 8 es un diagrama de circuito que ilustra
un circuito para la diversificación de la velocidad del motor en el
cual el circuito incluye así mismo un devanado de conexión
intermedia. La Fig. 9 es un diagrama de circuito que ilustra un
circuito para diversificar la velocidad del motor de un motor de
rotación hacia delante/inversa.
Como se muestra en la Fig. 8, el motor de
velocidad variable incluye un primer devanado principal 10 y un
segundo devanado principal 20, un relé 30 para llevar a cabo una
operación de conmutación entre conexiones en serie/en paralelo de
los primero y segundo devanados principales 10 y 20 para controlar
la velocidad del motor, y un devanado de conexión intermedia 40
conectado en serie con los primero y segundo devanados 10 y 20 para
diversificar la velocidad del motor en múltiples etapas.
El primer devanado 10 constituye un polo N y el
segundo devanado principal 20 constituye un polo S, de manera que
se constituyen 4 polos mediante los primero y segundo devanados
principales 10 y 20. Con mayor detalle, el número de polos se
mantiene sin cambio alguno y, al mismo tiempo, una operación de
conmutación entre las conexiones en serie/en paralelo de los
devanados principales se lleva a cabo mediante el relé 30, de manera
que los primero y segundo devanados principales 10 y 20 pueden
controlar de manera adecuada la velocidad del motor.
El relé 30 está adaptado para llevar a cabo la
operación de conmutación entre las conexiones en serie/en paralelo
de los primero y segundo devanados principales 10 y 20. Si se aplica
una señal de potencia al circuito de la Fig. 8, una magnitud
divisionaria de la señal de potencia se modifica con la conexión en
serie o en paralelo.
En este caso, la tensión aplicada a un par de
polos es modificada con una forma de conexión de las bobinas
enrolladas sobre el motor. Si se aplica una señal de tensión de
suministro de potencia al motor, determinándose que sea de 200V, la
tensión de 200V es cargada sobre cada uno de los primer devanado
principal 10 y segundo devanado principal 20 con tal de que los
primero y segundo devanados principales 10 y 20 estén conectados en
paralelo. Sin embargo, si el primer devanado principal 10 y el
segundo devanado principal 20 están conectados en serie, la tensión
de 220V se divide en los devanados individuales, de manera que la
tensión aplicada a un par de polos se determina para que sea de
110V.
El devanado de conexión intermedia 40 activa o
desactiva un estado de conexión en serie entre los primero y
segundo devanados principales 10 y 20, controla un conmutador S1
para que quede conectado a un punto de contacto "w" o al otro
punto de contacto "x". El conmutador S1 es conectado al punto
de contacto "x", de manera que el devanado de conexión
intermedia 40 quede conectado en serie a los primero y segundo
devanados principales 10 y 20 y la tensión cargada sobre los
devanados principales es principalmente cargada sobre los devanados
de conexión intermedia 40. En este caso, la tensión cargada sobre
los primero y segundo devanados principales 10 y 20 puede reducirse
de forma considerable en comparación con el otro caso en el cual el
devanado de conexión intermedia 40 es desactivado.
Con mayor detalle, el devanado de conexión
intermedia 40 es activado o desactivado por el conmutador S1. Si el
conmutador S1 está conectado al punto de contacto "x" de manera
que el devanado de conexión intermedia 40 esté conectado a los
primero y segundo devanados principales 10 y 20, la tensión de 220V
se divide en los primero y segundo devanados principales 10 y 20 y
el devanado de conexión intermedia 40 en proporción a un número de
giros de conexión en serie entre los devanados principales 10 y 20 y
el devanado de conexión intermedia 40. Como resultado de ello, la
tensión cargada sobre los primero y segundo devanados principales 10
y 20 cuando el devanado de conexión intermedia 40 quede incluido
también en la Fig. 8, es inferior al existente en el otro caso en
el que el devanado de conexión intermedia 40 está desactivado.
El par de rotación capaz de hacer rotar el rotor
es proporcional a la magnitud de una señal de potencia aplicada al
motor. Por consiguiente, la tensión aplicada al motor, con tal de
que los primero y segundo devanados principales 10 y 20 estén
conectados en paralelo, es mayor que la existente en el otro caso en
el que los primero y segundo devanados principales 10 y 20 están
conectados en serie, de manera que se genera un par de rotación
relativamente alto, dando como resultado una velocidad de rotación
del motor más alta.
En comparación con el caso específico en el cual
el devanado de conexión intermedia 40 no está conectado a los
primero y segundo devanados principales 10 y 20, en caso de que el
devanado de conexión intermedia 40 esté conectado a los primero y
segundo devanados principales 10 y 20, la señal de potencia es
parcialmente aplicada a los primero y segundo devanados principales
10 y 20, de tal manera que la velocidad de rotación del motor se
reduce.
Por consiguiente, debido a la operación de
conmutación entre los estados de conexión en serie/en paralelo de
los primero y segundo devanados principales 10 y 20 y de la otra
operación de conmutación entre los estados de activado/desactivado
de la conexión en serie del devanado de conexión intermedia 40, el
motor puede ser rotado a cuatro velocidades determinadas por los
cuatro casos referidos con anterioridad.
El motor de velocidad variable referido con
anterioridad, que incluye el devanado de conexión intermedia de la
misma manera que en la forma de realización preferente referida con
anterioridad, puede incluir también un devanado auxiliar que tenga
una relación de giro de 1 para hacer rotar el motor en dirección
inversa.
Como se muestra en la Fig. 9, si un primer
devanado auxiliar 11 y un segundo devanado auxiliar 21 se añade
también en la Fig. 9, los primero y segundo devanados auxiliares 11
y 21 están montados en dirección inversa respecto de los primero y
segundo devanados principales 10 y 20 referidos con anterioridad.
Por consiguiente, si se aplica la misma señal de potencia de CA a
los primero y segundo devanados auxiliares 11 y 21, se generan unos
polos opuestos de manera que el motor es rotado en dirección
inversa. Un segundo conmutador S2 está adaptado para seleccionar un
devanado entre un devanado principal de rotación hacia delante y un
devanado auxiliar de rotación inversa con el fin de llevar a cabo
la operación de conmutación entre las rotaciones hacia delante /
inversa del motor. Un primer conmutador S1 está conectado a un punto
de contacto "w" o al otro punto de contacto "x" para
hacer rotar el motor en dirección hacia delante con la condición de
que el segundo conmutador S2 esté conectado a un devanado de
rotación hacia delante "u". Si el segundo conmutador S2 está
conectado a un devanado de rotación inversa "v", el primer
conmutador S1 está conectado a un punto de contacto "y" o al
otro punto de contacto "z".
Con el fin de diversificar una velocidad de
rotación inversa del motor en múltiples etapas, un segundo devanado
de conexión intermedia 41 está conectado en serie al segundo
devanado principal de la misma manera que en la rotación hacia
delante del motor, y el primer conmutador S1 está conectado al punto
de contacto "y" o al otro punto de contacto "z", de
manera que la conexión o desconexión del segundo devanado de
conexión intermedia 41 es controlada. Como resultado de ello, la
velocidad de rotación inversa del motor es también variable en la
extensión de cuatro velocidades, de manera que el motor de velocidad
variable clasifica la velocidad de rotación en 8 niveles de
velocidad, y la velocidad de rotación es adecuadamente controlada en
los 8 niveles de velocidad.
La Fig. 10 es un gráfico que ilustra la
variación de la velocidad de rotación del motor generada por la
operación de conmutación entre devanados.
En el caso de la determinación del par requerido
por la carga sobre la base de la curva de la carga con el fin de
hacer rotar el motor de velocidad variable a alta velocidad, una
curva A2 constituida cuando los primero y segundo devanados
principales están conectados en paralelo satisface la curva de la
carga en un punto específico n2 indicativo de una alta velocidad,
como se muestra en la Fig. 10. El par predeterminado debe ser
aplicado a la carga para hacer rotar el motor de velocidad variable
a alta velocidad. Con mayor detalle, si los primero y segundo
devanados principales están conectados en paralelo, la velocidad de
rotación del motor debe mantenerse a una velocidad predeterminada,
y al mismo tiempo debe ser aplicado a la carga un par predeterminado
requerido por la carga.
Con el fin de hacer rotar el motor de velocidad
variable a velocidad media - alta, el devanado de conexión
intermedia debe estar conectado en serie a los primero y segundo
devanados principales conectados en paralelo. Con mayor detalle, un
gráfico indicativo de una relación entre la velocidad y el par
generado por una señal de suministro de potencia con la condición
de que el devanado de conexión intermedia esté conectado a los
primero y segundo devanados principales, satisface la curva de la
carga en un punto determinado "p", de manera que el par
requerido por la carga es suministrado y al mismo tiempo la
velocidad de rotación del motor puede mantenerse a velocidad media
- alta. Si el devanado de conexión intermedia no está conectado en
serie a los devanados principales, se aplica un par excesivo a la
carga, dando como resultado la aparición de una pérdida de
potencia.
Con el fin de hacer rotar el motor de velocidad
variable a una velocidad media - baja o a baja velocidad, los
primero y segundo devanados principales son conectados en serie. Una
curva C1 constituida cuando los primero y segundo devanados
principales están conectados en serie satisface la curva de la carga
en un punto predeterminado "1", de manera que la velocidad
media - baja por parte del motor y el par requerido por la carga
pueden proporcionarse en el punto "1". Una curva D1
constituida cuando los primero y segundo devanados principales están
conectados en serie satisface la curva de la carga en un punto
predeterminado "m2", de manera que la baja velocidad requerida
por el motor y el par requerido por la carga pueden proporcionarse
en el punto "m2". En el caso de la rotación del motor a una
velocidad media - baja, se lleva a cabo una operación de conmutación
para conectar los primero y segundo devanados principales en serie
de forma simultánea con la desactivación del devanado de conexión
intermedia. En el caso de la rotación a baja velocidad, se lleva a
cabo una operación de conmutación para conectar el devanado de
conexión intermedia en serie con los primero y segundo devanados
principales conectados en serie, de manera que el motor puede ser
rotado a baja velocidad.
A continuación se describirá con detalle otro
motor de velocidad variable. En este caso, el motor de velocidad
variable es similar a los motores de velocidad variable referidos
con anterioridad con la excepción de la variación en el número de
polos constituidos por el motor y por los devanados principales. Por
consiguiente, los mismos elementos son designados mediante las
mismas referencias numerales, de manera que su descripción
detallada se omitirá en la presente memoria por razones de la
comodidad en la descripción.
La Fig. 11 es un diagrama de circuito que
ilustra un circuito que incluye un relé conectado entre dos
devanados principales capaces de constituir 6 polos. La Fig. 12 es
un diagrama de circuito que ilustra un estado de conexión de
devanados de un motor de rotación hacia delante/inversa.
Como se muestra en la Fig. 11, el motor de
velocidad variable, incluyen unos primero y segundo devanados
principales 10' y 20' capaces de constituir de forma alternativa un
polo N y un polo S en un estator, de tal manera que se constituyan
6 polos en el estator. El circuito de la Fig. 11 incluye así mismo
un relé 30' para controlar la velocidad del motor, de manera que el
relé 30' puede llevar a cabo una operación de conmutación entre
conexiones en serie/en paralelo de acuerdo con las características
de funcionamiento de un aparato que incluya el motor.
Si el motor puede ser rotado en dirección hacia
delante/inversa porque los devanados auxiliares están también
conectados al motor como se muestra en la Fig. 12, un primer
devanado auxiliar 11' y un segundo devanado auxiliar 21' están
montados en dirección inversa respecto de los primero y segundo
devanados principales 10' y 20'. Por consiguiente, si se aplica la
misma señal de potencia de CA a los primero y segundo devanados
auxiliares 11' y 21', unos polos opuestos son generados en los
devanados auxiliares 11' y 21', de manera que el motor es rotado en
dirección inversa. Así mismo, los primero y segundo devanados
auxiliares 11' y 21' están conectados entre sí por un relé 31', de
manera que el relé 31', lleva a cabo una operación de conmutación
entre las conexiones en serie/en paralelo de los primero y segundo
devanados auxiliares 11' y 21' de la misma manera que la rotación
hacia delante del motor.
La Fig. 13 es un gráfico que ilustra la
variación en la velocidad de rotación del motor generada por la
operación de conmutación entre devanados. Con referencia a la Fig.
13, una curva indicativa de una relación entre la velocidad de
rotor del motor y el par cuando los devanados referidos con
anterioridad están conectados en paralelo, es una curva específica
A3. En este caso, la curva A3 satisface una curva de la carga en un
punto específico "n3" como se muestra en la Fig. 13. Con mayor
detalle, con el fin de hacer rotar el motor a alta velocidad, el
par requerido por la carga debe incrementarse, y debe generarse con
la condición de que los devanados estén conectados en paralelo.
Una relación entre la velocidad de rotación del
motor y el par cuando los devanados están conectados en serie, tal
y como se describió con anterioridad, puede indicarse mediante una
curva B3.. En este caso, la curva B3 satisface la curva de la carga
en un punto específico "n3". Eso indica que el par
predeterminado se proporciona a la carga y el motor es rotado a
baja velocidad. Por consiguiente, un estado de conexión de los
devanados es conmutado a otro estado de conexión de acuerdo con la
velocidad requerida por el motor, de manera que puede resolverse el
problema del consumo de energía innecesario, ya sea mediante la
inserción inadecuada del motor o por un par excesivo mayor que el
par de referencia requerido por la carga.
Un motor de velocidad variable de acuerdo con
una forma de realización de la presente invención constituye 6
polos, incluye un condensador adicional, y puede diversificar la
velocidad mediante el ajuste de la capacitancia del condensador. A
continuación se ofrecerá una descripción detallada del motor de
velocidad variable con referencia a la Fig. 14.
La Fig. 14 es un diagrama de circuito que
ilustra un motor de velocidad variable de acuerdo con una forma de
realización preferente de la presente invención.
Con referencia a la Fig. 14, el motor de
velocidad variable de acuerdo con la forma de realización preferente
de la presente invención, recibe una señal de potencia de CA
monofásica E1. El motor de velocidad variable incluye un devanado
principal M2 y un devanado auxiliar S2, y un primer condensador C2
conectado en serie con el devanado auxiliar S2. Así mismo, uno o
más segundos condensadores C3 están conectados en paralelo con el
primer condensador C2.
El motor de velocidad variable incluye un
circuito de control 60 de los condensadores capaz de controlar tanto
la capacitancia total de una unidad de condensadores 50 compuesto
por dos condensadores C2 y C3 como una señal de tensión aplicada a
la unidad de condensadores 50.
En este caso, el circuito de control 60 de los
condensadores puede comprender un relé, y el relé puede controlar
los estados de conexión de los condensadores individuales. Con el
fin de controlar los estados de conexión de los condensadores
individuales, el relé determina un condensador conectado en serie
con el devanado auxiliar S2 para que sea, o bien un condensador
entre el primer condensador C2 o bien el segundo condensador C3, de
manera que la capacitancia constituida entre el primer condensador
C2 se utiliza de manera diferente respecto de la otra capacitancia
constituida cuando se utiliza el segundo condensador C3 y puede ser
controlada de una señal de corriente que fluya dentro de la unidad
de condensadores 50.
El circuito de control 60 de los condensadores
posibilita que el primer condensador C2 y el segundo condensador C3
tengan diferentes capacitancias, y controla los primero y segundo
condensadores C2 y C3 para que sean activados o desactivados
alternativamente, de manera que se modifique la capacitancia. Si la
capacitancia aumenta, la impedancia equivalente del condensador se
reduce de acuerdo con la ecuación predeterminada "Z = 1/wc", de
manera que la corriente que fluye por dentro del condensador se
incrementa.
Los primero y segundo condensadores C2 y C3
contenidos en la unidad de condensadores 50 están conectados en
paralelo, la capacitancia total de la unidad de condensadores 50 se
incrementa, de manera que el valor de una señal de corriente
aplicada a la unidad de condensadores 50 puede incrementarse. El par
de rotación del motor se incrementa en proporción a la corriente
incrementada, de manera que el motor es rotado a alta velocidad.
El circuito de control 60 de condensadores puede
comprender un medio impulsor controlado por tensión. El medio
impulsor controlado por tensión controla las tensiones generadas en
ambos extremos de la unidad de condensadores 50, y modifica una
señal de tensión aplicada a los condensadores C2 y C3, modifica una
señal de corriente que fluye por dentro de los condensadores C2 y
C3 de tal manera que cambia el par de rotación del motor.
El devanado principal M2 y el devanado auxiliar
S2, los cuales constituyen una pluralidad de polos, están montados
sobre el motor. La unidad de condensadores 50 que incluye una
pluralidad de condensadores y el circuito de control 60 de
condensadores cambian el par de rotación aplicado al motor, y al
mismo tiempo se lleva a cabo una operación de conmutación entre las
conexiones en serie/en paralelo del devanado principal M2 y del
devanado auxiliar S2, de tal manera que puede también modificarse la
velocidad del motor.
Los devanados referidos con anterioridad
montados sobre el motor constituyen una pluralidad de polos, por
ejemplo 6 polos. En el caso del devanado principal, un primer
devanado principal (no mostrado) constituye 3 polos, y un segundo
devanado principal (no mostrado) constituye 3 polos. Los primero y
segundo devanados principales están conectados entre sí mediante un
relé (no mostrado). El relé conmuta un estado de conexión de los
devanados principales referidos con anterioridad a una conexión en
serie o en paralelo, una descripción detallada de la operación de
conmutación del relé ha sido descrita con anterioridad en las formas
de realización preferentes anteriormente expuestas de manera que la
descripción asociada se omitirá en la presente memoria por razones
de comodidad en la descrip-
ción.
ción.
El motor de velocidad variable de acuerdo con la
forma de realización preferente de la presente invención puede
aplicarse a una máquina de lavar cuya velocidad debe modificarse de
acuerdo con un proceso de lavado. Particularmente, la máquina de
lavar requiere un proceso de deshidratación preliminar antes de
llevar a cabo un proceso de deshidratación principal en el caso de
un proceso de deshidratación. Durante el proceso de deshidratación
preliminar, la máquina de lavar detecta la excentricidad de la
colada contenida en una cuba de lavado, reduce la velocidad de
rotación del motor de velocidad variable, y hace rotar el motor de
velocidad variable en direcciones hacia delante/inversa a la
velocidad de rotación reducida, de manera que la colada pueda quedar
dispuesta de manera uniforme dentro de la cuba de lavado. Si el
motor de velocidad variable de acuerdo con la forma de realización
preferente de la presente invención se aplica a la máquina de lavar
para llevar a cabo un proceso de deshidratación de alta velocidad o
un proceso de deshidratación de baja velocidad, el motor de
velocidad variable será accionado como se muestra en la Fig.
15.
La Fig. 15 es un gráfico que ilustra la
variación de la velocidad de rotación del motor generada por una
operación de control de los condensadores y una operación de
conmutación entre los devanados de acuerdo con la forma de
realización preferente de la presente invención. De acuerdo con la
Fig. 15, una curva A4 muestra una relación entre la velocidad de
rotación del motor y el par cuando los devanados referidos con
anterioridad están conectados en paralelo, una curva B4 muestra una
relación entre la velocidad de rotación del motor y el par cuando
los devanados referidos con anterioridad están conectados en
serie.
Así mismo, la curva A4 y la curva B4 indican la
relación entre la velocidad de rotación del motor y el par con la
condición de que la capacitancia total de la unidad de condensadores
50 se fije en un valor máximo y se lleve a cabo una operación de
conmutación entre las conexiones en serie/en paralelo del motor. Por
consiguiente, si la capacitancia total de la unidad de
condensadores 50 se reduce con la condición de que los devanados
estén conectados en paralelo, la relación entre la velocidad de
rotación del motor y el par se indica mediante una curva C2.
En el caso de que el motor de velocidad variable
referido con anterioridad se aplique a la máquina de lavar para
llevar a cabo un proceso de deshidratación, y que debe ser rotado a
alta velocidad para llevar a cabo un proceso de deshidratación de
alta velocidad, el motor debe ser accionado en un punto
predeterminado "n4" en el cual el motor puede ser rotado a
alta velocidad y un par predeterminado es aplicado a la carga, de
manera que un relé controle los devanados que van a ser conectados
en paralelo. Por otro lado, en el caso de un proceso de
deshidratación de baja velocidad, el motor debe ser accionado en un
punto predeterminado "n4", en el cual el motor puede ser
rotado a baja velocidad y se aplica un par predeterminado a la
carga, de manera que el relé controle los devanados que van a ser
conectados en serie.
Así mismo, con tal de que la capacitancia total
de la unidad de condensadores 50 se reduzca y que el motor sea
rotado a velocidad media con la condición de que los devanados estén
conectados en paralelo, puede llevarse a cabo un proceso de
deshidratación de velocidad media en un punto predeterminado
"o". Con tal de que la capacitancia total de la unidad de
condensadores 50 se modifique en múltiples etapas, el proceso de
deshidratación puede también llevarse a cabo en múltiples etapas.
De esta manera, con tal de que la capacitancia de la unidad de
condensadores 50 se reduzca con la condición de que los devanados
estén conectados en serie, puede también llevarse a cabo un proceso
de deshidratación a muy baja velocidad.
Como resulta evidente a partir de la descripción
expuesta, el motor de velocidad variable de acuerdo con la presente
invención controla un relé conectado a los devanados para llevar a
cabo una operación de conmutación entre las conexiones en serie/en
paralelo de los devanados para controlar la velocidad del motor, de
manera que la velocidad del motor puede modificarse sin utilizar
una unidad de impulsión capaz de modificar la velocidad del motor
en un emplazamiento externo. Como resultado de ello, los costes de
producción del motor de velocidad variable se reducen, y se reduce
la densidad de flujo en el entrehierro, y también se reduce el ruido
de la vibración electromagnética. Así mismo, si el motor de
velocidad se aplica a la máquina de lavar, puede ser accionado a
una velocidad predeterminada apropiada para un proceso de lavado, de
manera que la colada no resulta dañada y se reduce también el
consumo de energía.
Aunque la forma de realización preferente de la
presente invención ha sido divulgada con fines ilustrativos, los
expertos en la materia apreciarán que son posibles diversas
modificaciones, adiciones y sustituciones, sin apartarse del
alcance de la invención tal y como se divulga en las
reivindicaciones que se acompañan.
Claims (7)
1. Un motor de velocidad variable que
comprende:
- \quad
- una pluralidad de devanados principales (10, 20) y una pluralidad de devanados auxiliares (11, 21) que están montados sobre un estator;
- \quad
- un primer relé (30) adaptado para llevar a cabo una operación de conmutación entre unas conexiones en serie y en paralelo de los devanados principales (10, 20);
- \quad
- un segundo relé (31) adaptado para llevar a cabo una operación de conmutación entre conexiones en serie y en paralelo de los devanados auxiliares (11, 21);
- \quad
- una unidad de condensadores (50) que incluye un primer condensador (C2) conectado a la pluralidad de devanados auxiliares (11, 21) y al menos un condensador adicional (C3) conectado en paralelo al primer condensador (C2); y
- \quad
- un circuito de control (60) de los condensadores adaptado para controlar los estados de conexión del primer condenador (C2) y del al menos un condensador adicional (C3).
2. El motor de velocidad variable de la
reivindicación 1, en el que el circuito de control (60) de los
condensadores incluye al menos un relé.
3. El motor de velocidad variable de la
reivindicación 1, en el que el circuito de control (60) de los
condensadores incluye un mecanismo impulsor controlado por tensión
capaz de controlar la tensión aplicada sobre ambos extremos de la
unidad de condensadores (50).
4. El motor de velocidad variable de la
reivindicación 1, en el que el motor de velocidad variable es
indicativo de un motor de inducción monofásico de rotación
externa.
5. El motor de velocidad variable de acuerdo con
lo expuesto en la reivindicación 4, en el que el motor de velocidad
variable es indicativo de un motor para su uso en una máquina de
lavar.
6. El motor de velocidad variable de acuerdo con
lo expuesto en la reivindicación 4, en el que el motor de velocidad
variable es indicativo de un motor para su uso en un lavaplatos.
7. El motor de velocidad variable de acuerdo con
lo expuesto en la reivindicación 4, en el que el motor de velocidad
variable es indicativo de un motor para su uso en un secaplatos.
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