ES2611010T3 - Dispositivo de regulación electrónica y motor eléctrico aplicado a un ventilador del quemador - Google Patents

Dispositivo de regulación electrónica y motor eléctrico aplicado a un ventilador del quemador Download PDF

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ES2611010T3 ES04425137.9T ES04425137T ES2611010T3 ES 2611010 T3 ES2611010 T3 ES 2611010T3 ES 04425137 T ES04425137 T ES 04425137T ES 2611010 T3 ES2611010 T3 ES 2611010T3
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Attiliano Gambaretto
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N3/08—Regulating air supply or draught by power-assisted systems
    • F23N3/082—Regulating air supply or draught by power-assisted systems using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00—Ventilators
    • F23N2233/06—Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08—Ventilators at the air intake with variable speed

Abstract

Un conjunto que comprende un dispositivo de regulación electrónica y un motor eléctrico (2) que se pueden aplicar a un ventilador de un quemador de combustible; el dispositivo de regulación (1) comprendiendo medios de control (3, 4) para controlar la velocidad de dicho motor eléctrico (2), y un dispositivo de conmutación (5) para controlar las variaciones en la velocidad de dicho motor eléctrico (2) como una función de una señal procedente de dichos medios de control (3, 4); el dispositivo de regulación (1) estando caracterizado por que comprende una pluralidad de entradas de control (7, 8, 9, 10, 11), que son controlables por un dispositivo de control de la llama externo genérico de dicho quemador, por que dichos medios de control (3, 4) comprenden un dispositivo programable (3) para procesar las señales de dichas entradas de control (7, 8, 9, 10, 11) para controlar dicho dispositivo de conmutación (5) y por que el dispositivo de regulación (1) comprende además medios de selección (6) para seleccionar el modo de funcionamiento de dichos medios de control (3, 4) y la forma en que el dispositivo programable (3) procesa las señales procedentes de las entradas de control (7, 8, 9 , 10, 11); dicho motor eléctrico (2) siendo un motor sin escobillas accionado eléctricamente con tensión continua.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de regulacion electronica y motor electrico aplicado a un ventilador del quemador
La presente invencion se refiere a un dispositivo de regulacion electronico para un motor electrico aplicado a un ventilador del quemador de combustible.
Como se sabe, un quemador de combustible lfquido vaporizado o gas se suministra con una mezcla de combustible y aire de combustion; y el suministro de aire de combustion al quemador se regula por un ventilador accionado por un motor electrico, la velocidad del cual es controlada por un dispositivo de control de la llama comunmente utilizado para controlar el funcionamiento del quemador de combustible.
El dispositivo de control de la llama esta normalmente equipado con una tarjeta de control electrico para el procesamiento de los parametros de combustion de la llama ffsica para regular la mezcla de aire y combustible y la combustion de acuerdo con las calorfas deseadas. Por tanto, la tarjeta de control electronico tiene una o mas salidas para el control de la velocidad del motor electrico, para regular el suministro de aire de combustion por el respirador sobre la base de procesamiento por la tarjeta de control electronico.
Los quemadores de combustible actualmente comercializados son sustancialmente de dos tipos utilizados para dos tipos diferentes de aplicacion.
Un primer tipo comprende quemadores de dos etapas, que se utilizan comunmente en las calderas montadas en el suelo, en el que el dispositivo de control de la llama controla directamente la fuente de alimentacion electrica al motor mediante una salida del motor (corriente de fase).
Un segundo tipo comprende quemadores de modulacion, comunmente utilizados en calderas murales, en el que el dispositivo de control de la llama modula la velocidad del ventilador por una PWM (Modulacion de Ancho de Pulso) de la senal, es decir, variando el ciclo de trabajo de una senal de onda cuadrada.
Los motores electricos actualmente comercializados para ventiladores del quemador de combustible estan simplemente equipados con un dispositivo de conmutacion electronico, y estan disenados para su uso con un tipo especffico de quemador.
Mas especfficamente, los motores electricos para quemadores de dos etapas simplemente tienen una entrada para recibir suministro de energfa electrica directamente de la salida del motor del dispositivo de control de la llama; y los motores electricos para la modulacion de quemadores simplemente tienen una entrada de PWM para la conexion a la salida de PWM correspondiente del dispositivo de control de la llama.
Como ejemplo, la solicitud de patente de Estados Unidos publicada con el numero US 2003/0030408 divulga un dispositivo de regulacion para un motor electrico, en particular un motor de induccion de CA, que se aplica a un ventilador de un quemador de modulacion. El dispositivo de regulacion tiene un modulo de mando para controlar la velocidad del motor electrico y un dispositivo de conmutacion para el control de las variaciones de velocidad del motor electrico en funcion de la senal del modulo de mando.
En otras palabras, estando disenado para un determinado tipo de logica de control de la llama, el mismo tipo de motor electrico no se puede usar con diferentes tipos de dispositivos de control de la llama conocidos o de nuevo diseno.
Es un objeto de la presente invencion es proporcionar un dispositivo de regulacion electronico para un motor electrico aplicado a un ventilador del quemador de combustible, disenado para eliminar el inconveniente mencionado anteriormente, y que, en particular, es barato y facil de producir.
Segun la presente invencion, se proporciona un conjunto de un dispositivo de regulacion electronica y de un motor electrico aplicado a un ventilador del quemador de combustible, tal como se reivindica en la reivindicacion 1 y, preferiblemente, en una cualquiera de las siguientes reivindicaciones que dependen directa o indirectamente de la reivindicacion 1.
Segun la presente invencion, tambien se proporciona un metodo de regulacion de un motor electrico aplicado a un ventilador del quemador de combustible, tal como se reivindica en la reivindicacion 6 y, preferiblemente, en una cualquiera de las siguientes reivindicaciones que dependen directa o indirectamente de la reivindicacion 6.
Una realizacion no limitativa de la presente invencion se describira a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra un diagrama de bloques del dispositivo de regulacion electronica para un motor electrico aplicado a un ventilador del quemador de combustible, de acuerdo con la presente invencion;
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la figura 2 muestra un diagrama de flujo del metodo de regulacion de un motor electrico aplicado a un ventilador del quemador de combustible, de acuerdo con la presente invencion.
El numero 1 en la figura 1 indica como un todo un dispositivo de regulacion electronico para regular la velocidad de un motor electrico 2 aplicado a un ventilador (no mostrado) de un quemador de combustible (no mostrado). El dispositivo de regulacion 1 comprende un dispositivo programable (microcontrolador) 3; un sensor de velocidad 4 para suministrar una senal proporcional a la velocidad del motor electrico 2; un dispositivo de conmutacion 5 para la regulacion de la tension suministrada al motor electrico 2; y un selector 6 para seleccionar el modo de funcionamiento del dispositivo programable 3. En la realizacion de la figura 1, el motor electrico 2 es un motor sin escobillas, el sensor de velocidad 4 es un sensor de Hall, y el dispositivo de conmutacion 5 se basa en transistores MOSFET.
El dispositivo de regulacion 1 esta controlado por un numero de entradas, en particular, una entrada de suministro de energfa electrica 7; una entrada de control de la primera etapa 8; una entrada de control de la segunda etapa 9; una entrada de PWM (modulacion por ancho de pulso) 10; y una entrada de modulacion de tres puntos 11.
La entrada de suministro de energfa electrica 7 esta conectado a un bloque de rectificacion 12 para convertir una fase de tension alterna de 230 voltios a una tension continua de 230 voltios necesaria para alimentar electricamente el motor electrico 2 por medio del dispositivo de conmutacion 5; y un convertidor CC/CC 13 es conectado en cascada al bloque rectificador 12 para convertir la tension continua de 230 voltios a una tension continua de 5 voltios necesaria para alimentar electricamente el dispositivo programable 3 y el sensor de velocidad 4.
La entrada de la primera etapa de control 8, la entrada de control de la segunda etapa 9, la entrada de PWM 10, y la entrada de modulacion de tres puntos 11 suministran respectivas senales directamente al dispositivo programable 3, que tambien recibe una senal proporcional a la velocidad del motor electrico 2 del sensor de velocidad 4, una senal de realimentacion desde el dispositivo de conmutacion 5 y se filtran por un circuito integrador 14, y tres senales de calibracion constantes de respectivos potenciometros (condensadores de ajuste) 15, 16, 17.
El dispositivo programable 3 procesa las senales anteriores para controlar el dispositivo de conmutacion 5, que alimenta electricamente el motor electrico 2, y para suministrar una senal de salida, proporcional a la velocidad de motor electrico 2, en una salida de RPM 18 del dispositivo de regulacion 1.
La entrada de suministro de energfa electrica 7, la entrada de control de la primera etapa 8, la entrada de control de la segunda etapa 9, entrada de PWM 10, la entrada de modulacion de tres puntos 11, y la salida de RPM 18 estan conectadas respectivamente a las salidas respectivas y a una entrada respectiva de un dispositivo de control de la llama externo generico (no mostrado) para controlar el funcionamiento general del quemador de combustible.
Mas especfficamente, la entrada de control de la primera etapa 8 y la entrada de control de la segunda etapa 9 interpretan senales de dos estados (“ENCENDIDO”, “APAGADO”) de un dispositivo de control de la llama del quemador de dos etapas; la entrada de modulacion de tres puntos 11 interpreta una senal de tres estados (“abajo”, “arriba”, “cero”) de un regulador de potencia externo (no mostrada) controlado por el dispositivo de control de la llama de un quemador de dos etapas mas sofisticado; y la entrada de PWM 10 interpreta una senal de PWM de un dispositivo de control de la llama de un quemador de caldera mural.
La salida de RPM 18 y la entrada de PWM 10 se proporcionan preferiblemente con respectivos optoacopladores 20, 19 para proteger dispositivo programable 3 de picos de tension y/o corrientes de entrada espurias.
El dispositivo programable 3 se programa (firmware) para procesar las senales anteriores y de acuerdo con dispositivo de control de conmutacion 5 regular la velocidad de motor electrico 2 utilizando un metodo de regulacion que se muestra esquematicamente en el diagrama de flujo de la figura 2.
La siguiente es una descripcion detallada del metodo de regulacion.
En el uso real, el dispositivo programable 3 supervisa continuamente el estado de selector 6, que selecciona el modo de funcionamiento del dispositivo de regulacion 1 y, por lo tanto, la forma en que el dispositivo programable 3 procesa las senales procedentes de las entradas 8, 9, 10, 11 del dispositivo de regulacion 1.
En un primer modo de funcionamiento (en dos etapas), dispositivo programable 3:
- primero enciende el motor electrico 2 para ajustar el motor electrico 2 a una velocidad intermedia determinada por la senal constante desde un primer potenciometro 15;
- activa la entrada de control de la primera etapa 8 y la entrada de control de la segunda etapa 9;
- ajusta el motor electrico 2 a una velocidad minima, inferior a la velocidad intermedia y determinada por la senal constante de un segundo potenciometro 16, en el caso de la senal de entrada de control de la primera etapa 8 esta en “ENCENDIDO” y la senal de entrada de control de la segunda etapa 9 esta en “APAGADO”;
- ajusta el motor electrico 2 a una velocidad maxima, mayor que la velocidad intermedia y determinada por la senal
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constante de un tercer potenciometro 17, en el caso de que las senales de las entradas de control de primera y de segunda etapa 8, 9 sean ambas “ENCENDIDO”; y
- ajusta el motor electrico 2 a la velocidad intermedia, en el caso de que las senales de entradas de control de primera y segunda etapa 8, 9 sean ambas “APAGADO”.
En un segundo modo de funcionamiento (PWM), el dispositivo programable 3:
- activa la entrada de PWM 10 y la salida de RPM 18;
- ajusta el motor electrico 2 a una velocidad determinada por el ciclo de trabajo de la senal de onda cuadrada de
entrada de PWM 10; y
- suministra la salida de RPM 18 con una senal proporcional a la velocidad de motor electrico 2.
En un tercer modo de funcionamiento (modulacion de tres puntos), el dispositivo programable 3:
- primero enciende el motor electrico 2 para ajustar el motor electrico 2 a una velocidad intermedia determinada por la senal constante desde un primer potenciometro 15;
- activa la entrada de control de la primera etapa 8 y la entrada de control de la segunda etapa 9;
- ajusta el motor electrico 2 a la velocidad intermedia, en el caso de que la senal de entrada de control de la
segunda etapa 9 sea “APAGADO”;
- activa la entrada de modulacion de tres puntos 11, en el caso de que la senal de entrada de control de la segunda etapa 9 sea “ENCENDIDO”;
- aumenta la velocidad del motor electrico 2 de acuerdo con una rampa ascendente dada, en el caso de que la senal de tres puntos de entrada de modulacion 11 sea “ARRIBA”;
- reduce la velocidad del motor electrico 2 de acuerdo con una rampa descendente dada, en el caso de que la senal de tres puntos de entrada de modulacion 11 sea “abajo”; y
- deja la velocidad del motor electrico 2 sin cambios, en el caso de que la senal de tres puntos de entrada de modulacion 11 sea “CERO”.
La principal ventaja de la presente invencion es la de proporcionar un dispositivo de regulacion electronica 1, para un
motor electrico 2 aplicado a un ventilador del quemador de combustible, que puede ser integrado con el motor y que
interactua con cualquier dispositivo de control de la llama conocido para obtener un conjunto de motor mas versatil
comprendiendo el motor electrico 2 y el dispositivo de regulacion 1.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un conjunto que comprende un dispositivo de regulacion electronica y un motor electrico (2) que se pueden aplicar a un ventilador de un quemador de combustible; el dispositivo de regulacion (1) comprendiendo medios de control (3, 4) para controlar la velocidad de dicho motor electrico (2), y un dispositivo de conmutacion (5) para controlar las variaciones en la velocidad de dicho motor electrico (2) como una funcion de una senal procedente de dichos medios de control (3, 4); el dispositivo de regulacion (1) estando caracterizado por que comprende una pluralidad de entradas de control (7, 8, 9, 10, 11), que son controlables por un dispositivo de control de la llama externo generico de dicho quemador, por que dichos medios de control (3, 4) comprenden un dispositivo programable (3) para procesar las senales de dichas entradas de control (7, 8, 9, 10, 11) para controlar dicho dispositivo de conmutacion (5) y por que el dispositivo de regulacion (1) comprende ademas medios de seleccion (6) para seleccionar el modo de funcionamiento de dichos medios de control (3, 4) y la forma en que el dispositivo programable (3) procesa las senales procedentes de las entradas de control (7, 8, 9 , 10, 11); dicho motor electrico (2) siendo un motor sin escobillas accionado electricamente con tension continua.
  2. 2. Un dispositivo de regulacion segun la reivindicacion 1, en el que los medios de seleccion (6) comprenden un selector (6) que tiene al menos tres posiciones; correspondiendo las tres posiciones respectivamente a un modo de funcionamiento de dos etapas, un modo de funcionamiento PWM (modulacion de ancho de pulso) y un modo de funcionamiento de modulacion de tres puntos.
  3. 3. Un dispositivo de regulacion segun la reivindicacion 2, en el que la pluralidad de entradas de control (7, 8, 9, 10, 11) comprende una entrada de alimentacion electrica (7), una entrada de control de la primera etapa (8), una entrada de control de la segunda etapa (9), una entrada de PWM (10) y una entrada de modulacion de tres puntos (11).
  4. 4. Un dispositivo de regulacion segun una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los medios de control (3, 4) comprenden un sensor de velocidad (4) para suministrar una senal proporcional a la velocidad del motor electrico (2); dicho dispositivo programable (3) siendo programado para procesar las senales de las entradas de control (7, 8, 9, 10, 11) y la senal del sensor de velocidad (4); siendo dicho sensor de velocidad un sensor Hall (4).
  5. 5. Un dispositivo de regulacion segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el dispositivo de regulacion (1) se caracteriza por estar integrado con el motor electrico (2).
  6. 6. Un metodo de regulacion para regular un motor electrico (2) aplicado a un ventilador de un quemador de combustible; el metodo de regulacion estando caracterizado por alimentar electricamente dicho motor electrico (2) con tension continua, el motor electrico (2) siendo un motor sin escobillas, y mediante el establecimiento de al menos tres modos de operacion seleccionables alternativamente con un selector (6); dichos modos de funcionamiento correspondientes, respectivamente, a un modo de dos etapas, un modo de PWM (modulacion por ancho de pulso) y un modo de modulacion de tres puntos.
  7. 7. Un metodo de regulacion segun la reivindicacion 6, en el que el modo de funcionamiento de dos etapas depende de una senal de una entrada de control de la primera etapa (8) y una senal de una entrada de control de la segunda etapa (9), dichas senales de la primera y la segunda etapa de entradas de control (8, 9) pudiendo adoptar dos estados, a saber, un estado “ENCENDIDO” y uno “APAGADO”; el modo de funcionamiento de dos etapas comprendiendo las etapas de:
    - primero encender el motor electrico (2) para ajustar el motor electrico (2) a una velocidad intermedia, la velocidad intermedia estando entre una velocidad minima y una velocidad maxima;
    - ajustar el motor electrico (2) a la velocidad minima, en el caso de que la senal de la entrada de control de la primera etapa (8) este “ENCENDIDA” y la senal de la entrada de control de la segunda etapa (9) este “APAGADA”;
    - ajustar el motor electrico (2) a la velocidad maxima, en el caso de que las senales de las entradas de control de la primera y de la segunda etapa (8, 9) esten ambas “ENCENDIDAS”; y
    - ajustar el motor electrico (2) a la velocidad intermedia, en el caso de que las senales de las entradas de control de la primera y de la segunda etapa (8, 9) esten ambas “APAGADAS”.
  8. 8. Un metodo de regulacion segun la reivindicacion 6, en el que el modo de funcionamiento de PWM (modulacion de ancho de pulso) depende de una senal de una entrada de PWM (10); el modo de funcionamiento de PWM comprendiendo las etapas de:
    - ajustar el motor electrico (2) a una velocidad determinada por el ciclo de trabajo de la senal de onda cuadrada de la entrada de PWM (10); y
    - suministrar una salida (18) con una senal proporcional a la velocidad del motor electrico (2).
  9. 9. Un metodo de regulacion segun la reivindicacion 6, en el que el modo de funcionamiento de modulacion de tres puntos depende de una senal de una entrada de control de la primera etapa (8) y una senal de una entrada de
    control de la segunda etapa (9), dichas senales de las entradas de control de primera y de segunda etapa (8, 9) pudiendo adoptar dos estados, a saber, un estado “ENCENDIDO” y uno “APAGADO”, y en una senal de entrada de modulacion de tres puntos (11), dicha senal de entrada de modulacion de tres puntos (11) pudiendo asumir tres estados, a saber, un estado “ABAJO”, uno “ARRIBA” y uno “CERO”; el modo de funcionamiento de modulacion de 5 tres puntos comprendiendo las etapas de:
    - primero encender el motor electrico (2) para ajustar el motor electrico (2) a una velocidad intermedia, la velocidad intermedia estando entre una velocidad minima y una velocidad maxima;
    - ajustar el motor electrico (2) a la velocidad intermedia, en el caso de que la senal de la entrada de control de la 10 segunda etapa (9) este en “APAGADO”;
    - activar la entrada de modulacion de tres puntos (11), en el caso de que la senal de la entrada de control de la segunda etapa (9) este en “ENCENDIDO”;
    - aumentar la velocidad del motor electrico (2) de acuerdo con una rampa ascendente dada, en el caso de que la senal de la entrada de modulacion de tres puntos (11) sea “ARRIBA”;
    15 - reducir la velocidad del motor electrico (2) de acuerdo con una rampa descendente dada, en el caso de que la
    senal de la entrada de modulacion de tres puntos (11) sea “ABAJO”; y
    - dejar la velocidad del motor electrico (2) sin cambios, en el caso de que la senal de la entrada de modulacion de tres puntos (11) sea “CERO”.
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