ES2710881T3 - Circuito de arranque de motor, particularmente para compresores de frigoríficos - Google Patents
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Abstract
Un circuito de arranque de motor, particularmente para compresores de frigoríficos, que comprende un dispositivo de arranque (1) adaptado para conectarse a un devanado de arranque (3) y a un devanado de estado de régimen (2) de un motor asíncrono, estando a su vez dichos devanados (2, 3) conectados a una línea de suministro de potencia (4, 5), estando conectado un condensador (6) en paralelo con dicho dispositivo de arranque (1), comprendiendo un elemento PTC (7) que está adaptado para conectarse directamente entre un terminal de dicho dispositivo de arranque (1) y un nodo común a un terminal de dicho condensador (6) y un terminal de dicho devanado de arranque (3), en el que dicho dispositivo de arranque (1) comprende un puente rectificador (10) que está adaptado para alimentar potencia a un dispositivo de conmutación (11), siendo alimentado un terminal de puerta de dicho dispositivo de conmutación (11) por medio de una red resistiva-capacitiva (12, 13) y un divisor capacitivo (16, 17, 18) que es alimentado por dicho puente, estando adaptado el voltaje tomado a través de dicho divisor capacitivo (16, 17, 18) para alimentar potencia a un transistor (14) que está conectado en serie con dicha red resistiva-capacitiva, siendo alimentado dicho devanado de arranque (3) hasta que se conecte dicho transistor (14), desconectándose dicho dispositivo de conmutación (11) como consecuencia de la conexión de dicho transistor (14).
Description
DESCRIPCION
Circuito de arranque de motor, particularmente para compresores de frigonficos.
La presente invencion se refiere a un circuito de arranque para motores, particularmente para compresores de frigonficos, que tiene caractensticas mejoradas.
Mas particularmente, la invencion se refiere a un circuito de arranque para motores smcronos que es adecuado en particular, pero no exclusivamente, para un motor de un compresor para frigonficos.
Un circuito de arranque de motor segun el preambulo de la reivindicación 1 es conocido por el documento DE 10 2004 017624 A1. El documento EP 1246 354 divulga un circuito de arranque para motores, particularmente para compresores de frigonficos, que comprende un dispositivo de arranque que esta adaptado para conectarse al devanado de arranque y al devanado de estado de regimen de un motor asmcrono, estando a su vez los devanados conectados a la lmea de suministro de potencia, estando conectado un condensador en paralelo con el dispositivo de arranque, comprendiendo ademas el circuito de arranque un elemento resistivo que esta adaptado para conectarse entre el dispositivo de arranque y el condensador, a fin de limitar la corriente de descarga del condensador en el dispositivo de arranque.
Como es sabido, en un frigonfico el compresor se hace funcionar de una manera dclica para bombear el refrigerante hacia los serpentines del frigonfico.
Este funcionamiento del compresor se produce cuando la temperatura sube por encima de un umbral preajustado. Por tanto, un elemento sensible al calor detecta la temperatura dentro del frigonfico y, cuando la temperatura sube por encima de un umbral preajustado, envfa una senal de funcionamiento al circuito de arranque del compresor. Tal circuito de arranque comprende un dispositivo para proteger el motor del compresor.
El dispositivo y el arrancador constituyen el elemento sensible al calor en el que el flujo de corriente aumenta la temperatura, y este aumento de temperatura hace que el elemento se comporte como una resistencia de un valor muy alto, impidiendo asf el flujo de corriente a traves del mismo a fin de alcanzar el devanado de arranque del motor del compresor.
Sin embargo, este elemento sensible al calor, a pesar de ser efectivo desde el punto de vista del funcionamiento intermitente del motor monofasico asmcrono del compresor, adolece del inconveniente de entranar un consumo de potencia continuo, aunque bajo, durante todo el periodo de funcionamiento del motor.
Para obviar este inconveniente tecnico se conocen circuitos en los que se utiliza un arrancador electronico que esta conectado en serie con el devanado de arranque del motor del compresor del frigonfico; este circuito comprende unos medios para generar impulsos que disminuyen con el tiempo y que estan adaptados para excitar unos medios de conmutacion (por ejemplo un triac) para que arranque el motor del compresor. Los medios de generacion de impulsos se alimentan con corriente alterna.
Se ha visto que la ausencia del elemento sensible al calor, a pesar de mejorar el consumo de potencia durante el periodo de funcionamiento del motor, causaba problemas en el arranque del motor y, ademas, en caso de fallo del circuito electronico, el motor era incapaz de funcionar correctamente y con seguridad.
El objetivo de la presente invencion es proporcionar un circuito de arranque para motores, particularmente para compresores de frigonficos, en el que se mejore el circuito de arranque del tipo electronico con respecto a circuitos convencionales, resolviendo problemas de arranque del motor.
Dentro de este objetivo, un objeto de la presente invencion consiste en proporcionar un circuito de arranque para motores, particularmente para compresores de frigonficos, en el que, en caso de fallo del circuito electronico, el motor pueda continuar funcionando de manera correcta y segura.
Otro objeto de la presente invencion consiste en proporcionar un circuito de arranque para motores, particularmente para compresores de frigonficos, en el que el arrancador electronico sea capaz de asegurar un tiempo de potencia conectada con independencia del motor y, por tanto, pueda estandarizarse en todos los motores.
Otro objeto de la presente invencion consiste en proporcionar un circuito de arranque para motores que sea altamente fiable y relativamente sencillo de proveer y que implique bajos costes.
Este objetivo y estos y otros objetos que resultaran mas evidentes en lo que sigue se consiguen con un circuito de arranque para motores, particularmente para compresores de frigonficos, que comprende un dispositivo de arranque segun la reivindicación 1.
Otras caractensticas y ventajas de la invencion resultaran mas evidentes por la descripcion de una realización preferida, pero no exclusiva, del circuito segun la presente invencion, ilustrada a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompanan, en los que:
La figura 1 es un diagrama del circuito segun la invencion;
La figura 2 es una vista en perspectiva de una regleta de terminales para compresores de frigonficos que acomoda el circuito segun la invencion;
La figura 3 es una vista en planta desde arriba de la regleta de terminales de la figura 2;
La figura 4 es una vista en perspectiva de un circuito impreso que proporciona el circuito de arranque segun la invencion, con los contactos electricos correspondientes; y
La figura 5 es una vista en perspectiva del recipiente del circuito impreso de la figura 4.
Con referencia a la figura 1, el circuito de arranque segun la invencion comprende un dispositivo de arranque 1 que esta conectado a un devanado de arranque 3 del motor del compresor y a un devanado de estado de regimen 2 y que comprende un puente rectificador 10 que esta constituido por cuatro diodos 10a-10d que estan adaptados para rectificar un voltaje de la red electrica y aplicarlo a los terminales de un elemento de conmutacion 11 que puede estar constituido convenientemente por un triac o por un SCR o por un BJT o por un IGBT o por un MOSFET de potencia.
El terminal de puerta del dispositivo de conmutacion 11 es alimentado por el voltaje rectificado por el puente de diodos 10, por medio de una red resistiva-capacitiva formada por una resistencia 12 y por un condensador correspondiente 13 que esta dispuesto en serie con esta.
La resistencia 12 y el condensador 13 estan dispuestos tambien en serie con un transistor 14 que es conveniente del tipo bipolar o MOSFET o de efecto de campo, en el que el terminal de fuente esta conectado a una resistencia 15 para la estabilizacion termica del transistor. Se puede omitir opcionalmente la resistencia 15.
El voltaje rectificado por el puente de diodos 10 suministra tambien potencia a un divisor capacitivo que esta constituido por un primer condensador 16, un diodo 17 y un segundo condensador 18, el cual tiene a su vez en paralelo un par de resistencias 19 y 20 que estan adaptadas para constituir un divisor resistivo y para tomar el voltaje a traves del segundo condensador 18.
El terminal de puerta del transistor 14 esta conectado al nodo comun entre las dos resistencias 19 y 20.
El primer condensador 16 tiene en paralelo una resistencia 21, y el condensador 13, que esta dispuesto en serie con la resistencia 12, tiene a su vez una resistencia 22 conectada en paralelo.
El circuito designado por el numero de referencia 1 esta conectado en paralelo con un condensador 6 que a su vez esta conectado al devanado de arranque 3 y al neutro 5 de la lmea de suministro de potencia 4, 5 (en donde el numero de referencia 4 designa la fase de la lmea de suministro de potencia y el numero de referencia 5 designa el neutro de la lmea).
Para impedir que la descarga repentina del condensador 6, que a su vez esta conectado al devanado de arranque 3 y al devanado de estado de regimen del motor 2, dane el conmutador contenido en el arrancador 1, es decir, el triac 11, el circuito de arranque segun la invencion preve que se interponga entre el condensador 6 y el arrancador 1 un elemento 7 sensible al calor que permita la descarga del condensador 6, limitando su corriente de descarga y, por tanto, impidiendo que la corriente de descarga que alcance el conmutador del dispositivo de arranque dane dicho conmutador (triac).
Sustancialmente, el elemento sensible al calor o PTC 7 esta conectado entre el dispositivo de arranque 1 y un nodo comun a un terminal de condensador 6 y a un terminal de devanado de arranque 3.
El uso del elemento PTC 7 sensible al calor descrito anteriormente permite proteger el circuito, segun lo citado anteriormente, y permite tambien mejorar el arranque del motor.
En caso de fallo del circuito electronico 1, se tiene que, con el presente PTC 7, el motor continua funcionando de manera correcta y segura.
El tiempo de potencia conectada (es decir, la duracion del arranque) ajustado por el circuito es practicamente independiente del tipo de PTC y, por tanto, puede ser seleccionado por el fabricante del motor sin limitaciones particulares.
Esto conduce a otra ventaja, es decir que para sustancialmente todos los motores el tiempo de potencia conectada ideal es de alrededor de 1 segundo. Tiempos mas cortos hacen diffcil el arranque y tiempos mas largos aumentan el consumo. Sin embargo, con un solo modelo de PTC no es posible conseguir este tiempo ideal para todos los compresores y, por tanto, modelos diferentes requieren PTCs diferentes.
En cambio, el uso del circuito de arranque electronico 1 es capaz de asegurar un tiempo de potencia conectada de 1 segundo con independencia del motor y del circuito. Por tanto, tal circuito podna estandarizarse en todos los motores, conduciendo a un ahorro de costes y a una simplificacion en materia de suministro, almacenaje, trazabilidad, etc.
El dispositivo de arranque segun la invencion esta dispuesto sobre un circuito impreso 31 que esta adaptado para acomodarse dentro de una regleta de terminales 30 del compresor de un frigonfico junto con el PTC 7.
Por tanto, la regleta de terminales 30 tiene un receptaculo 32 para acomodar el circuito impreso 31 y un receptaculo 33 para acomodar el PTC 7.
Los contactos electricos entre el PTC 7 y el circuito impreso 31 se consiguen por medio de contactos metalicos 35 y 36 que hacen contacto en un extremo con el PTC 7 y en el otro extremo sujetan el circuito impreso 31, haciendo contacto con las plaquitas de conexion definidas en dicho circuito impreso.
De esta manera, se simplifica en grado extremo el montaje del PTC 7 y del circuito impreso con los correspondientes contactos dentro de la regleta de terminales 30.
La figura 4 es una vista del circuito impreso 31 con contactos metalicos adaptados 37 y 38 (que son sustancialmente similares a los contactos 35 y 36), previstos para adaptar el circuito impreso a regletas de terminales para compresores convencionales y no previstos expresamente para el circuito de arranque segun la invencion.
El circuito impreso 31 en este caso esta convenientemente acomodado en un recipiente adaptado 39 desde el cual sobresalen los contactos 37 y 38. El recipiente 39 esta a su vez disenado para casar con una regleta de terminales convencional.
Con referencia al circuito anteriormente descrito, el funcionamiento es como sigue.
Durante el tiempo de potencia conectada, se pueden ignorar las resistencias 21 y 22 debido a su alto valor ohmico. Estas resistencias pueden entrar en juego durante la situacion de de potencia desconectada, la cual se describira mas adelante.
El voltaje de la red electrica suministra potencia directamente al devanado de estado de regimen 2, mientras que el devanado de arranque 3 es alimentado por medio del circuito del arrancador. El voltaje de la red electrica es rectificado por el puente de diodos 10 y aplicado a los terminales del dispositivo de conmutacion 11. El mismo voltaje rectificado alimenta al terminal de puerta del dispositivo de conmutacion 11 por medio de la red 12 y 13.
El transistor MOS 14 esta inicialmente desconectado, con lo que la corriente que pasa por la resistencia 12 y el condensador 13 entra al principio parcialmente en el terminal de puerta del dispositivo de conmutacion 11 y entra parcialmente en una resistencia de compensacion de temperatura 25 que esta conectada en paralelo con el transistor MOS 14.
La fraccion de corriente que entra en el terminal de puerta del dispositivo de conmutacion, referenciado seguidamente como triac por motivos de conveniencia, es suficiente para conectar el triac, y asf este conduce. Por tanto, a partir del paso inicial se alimenta el devanado de arranque 3 a traves del trayecto proporcionado por el diodo 10a, el triac 11 y el diodo 10d durante las semiondas positivas del voltaje de alimentacion y a traves del diodo 10c, el triac 11 y el diodo 10b durante las semiondas negativas.
El voltaje rectificado por el puente de diodos 10 alimenta tambien el divisor capacitivo constituido por el primer condensador 16, el diodo 17 y el segundo condensador 18. Sin embargo, mientras el condensador 16 se carga y se descarga siguiendo el voltaje de alimentacion, el diodo 17 impide que se descargue el condensador 18. Por tanto, en cada semionda el voltaje a traves del condensador 18 aumenta en una cierta cuantfa que depende de los valores de los dos condensadores (en ultimo termino, el voltaje a traves del condensador 18 sera limitado por un diodo Zener 26 dispuesto en paralelo con el condensador 18).
El voltaje a traves del segundo condensador 18 es tomado por el divisor resistivo constituido por las resistencias 19 y 20 y alimenta el terminal de puerta del transistor 14.
Durante el funcionamiento, el aumento del voltaje a traves del segundo condensador 18 aumenta tambien el voltaje aplicado al terminal de puerta del transistor 14, el cual comienza a conducir en un cierto momento. Al conducir, el
transistor 14 descarga la corriente de la red 12, 13, y asf esta ya no pasa por el terminal de puerta del triac 11 y ya no es capaz de conectarlo.
Desde este momento en adelante, el trayecto que suministra potencia al devanado de arranque 3 esta interrumpido y ya no se alimenta el devanado. La resistencia 15 en el terminal de fuente del transistor 14 tiene la finalidad de proporcionar una estabilizacion termica del funcionamiento del transistor, pero, como se ha mencionado, esta puede ser opcionalmente omitida.
Durante el arranque se carga el condensador 13 al voltaje de la red electrica rectificado por el puente de diodos 10 y luego se descarga inmediatamente a traves del triac 11 tan pronto como este comienza a conducir. Por el contrario, cuando se interrumpe el triac al final del arranque, el condensador 13 ya no puede descargarse a traves del mismo y se carga casi instantaneamente al voltaje de la red electrica. Desde este punto en adelante, el voltaje acumulado en el condensador 13 contraste con el voltaje de la red electrica, impidiendo mas flujos de corriente a traves de la red 12, 13 y el terminal de puerta del dispositivo de conmutacion o triac 11. Por tanto, cuando se desconecta el circuito, las corrientes de las diversas ramas son extremadamente bajas y el consumo de potencia es casi nulo.
El circuito de la figura 3 puede estar provisto o no del condensador 6 y del correspondiente elemento 7 sensible al calor.
Cuando se retira la alimentacion de potencia del motor, los condensadores 16 y 13 se descargan con una constante de tiempo de unos pocos segundos, despues de lo cual el circuito retorna a la condicion inicial y esta preparado para otro arranque. Para hacer que esta descarga sea reproducible y fiable, se colocan resistencias de alto valor, es decir, las resistencias 21 y 22, respectivamente, en paralelo con los condensadores.
Otro condensador 28 puede estar conectado en paralelo con el dispositivo de conmutacion 11, con una llamada funcion “snubbing” (absorcion de energfa), limitando los transitorios de voltaje a traves del triac, en donde estos puedan producir situaciones de potencia conectada espurias. La presencia del condensador 18 depende del modelo del triac 11 y puede no ser tampoco necesaria. A veces, es posible disponer una resistencia de bajo valor en serie con el condensador 28.
La resistencia 25, que puede variar de conformidad con la temperatura, esta disenada para compensar la variacion de las caractensticas del dispositivo de conmutacion 11 a medida que vana la temperatura. El funcionamiento es como sigue: cuando aumenta la temperatura, la corriente del terminal de puerta requerida para disparar el dispositivo 11 disminuye considerablemente; por tanto, a una alta temperatura, incluso la pequena corriente que llega de la red 12, 13 cuando el circuito esta desconectado pudiera resultar suficiente para conectar el triac 11 en momentos no deseados. Sin embargo, cuando aumenta la temperatura, la resistencia 25 reduce tambien cada vez mas su resistividad y drena un porcentaje cada vez mayor de la corriente que llega de la red 12, 13.
De esta manera, la corriente que entra el terminal de puerta del triac 11 es cada vez mas pequena a medida que aumenta la temperatura y permanece siempre cerca del valor de disparo cntico. Seleccionando apropiadamente el valor de la resistencia 25 (y combinando la resistencia 25 en serie con una resistencia normal), es posible compensar el circuito en todo el rango de temperaturas de funcionamiento.
En la practica, se ha visto que el circuito de arranque segun la invencion alcanza completamente el objetivo y los objetos previstos, ya que permite evitar danos en el conmutador que esta presente en dicho dispositivo de arranque, causados por la descarga del condensador conectado en paralelo con el dispositivo de arranque.
Sustancialmente, la presencia del elemento sensible al calor conectado entre el dispositivo de arranque y el condensador permite arrancar efectivamente el motor y al mismo tiempo limitar las corrientes de descarga que llegan de dicho condensador a pesar de no producir ningun efecto apreciable sobre el funcionamiento del motor que esta conectado al circuito de arranque segun la invencion.
Cuando ciertas caractensticas tecnicas mencionadas en cualquier reivindicación van seguidas por sfmbolos de referencia, esos sfmbolos de referencia se han incluido con el solo proposito de aumentar la inteligibilidad de las reivindicaciones y, por consiguiente, tales sfmbolos de referencia no tienen ningun efecto limitativo sobre la interpretacion de cada elemento identificado a modo de ejemplo por tales sfmbolos de referencia.
Claims (8)
1. Un circuito de arranque de motor, particularmente para compresores de frigonficos, que comprende un dispositivo de arranque (1) adaptado para conectarse a un devanado de arranque (3) y a un devanado de estado de regimen (2) de un motor asmcrono, estando a su vez dichos devanados (2, 3) conectados a una lmea de suministro de potencia (4, 5), estando conectado un condensador (6) en paralelo con dicho dispositivo de arranque (1), comprendiendo un elemento PTC (7) que esta adaptado para conectarse directamente entre un terminal de dicho dispositivo de arranque (1) y un nodo comun a un terminal de dicho condensador (6) y un terminal de dicho devanado de arranque (3),
en el que dicho dispositivo de arranque (1) comprende un puente rectificador (10) que esta adaptado para alimentar potencia a un dispositivo de conmutacion (11), siendo alimentado un terminal de puerta de dicho dispositivo de conmutacion (11) por medio de una red resistiva-capacitiva (12, 13) y un divisor capacitivo (16, 17, 18) que es alimentado por dicho puente, estando adaptado el voltaje tomado a traves de dicho divisor capacitivo (16, 17, 18) para alimentar potencia a un transistor (14) que esta conectado en serie con dicha red resistiva-capacitiva, siendo alimentado dicho devanado de arranque (3) hasta que se conecte dicho transistor (14), desconectandose dicho dispositivo de conmutacion (11) como consecuencia de la conexion de dicho transistor (14).
2. El circuito de arranque segun la reivindicación 1, caracterizado por que dicho divisor capacitivo (16, 17, 18) comprende un primer condensador (16) conectado a un diodo (17) que a su vez esta conectado a un segundo condensador (18), estando conectado dicho segundo condensador (18) en paralelo con un divisor resistivo (19, 20).
3. El circuito de arranque segun la reivindicación 1, caracterizado por que dicho dispositivo de conmutacion (11) es un triac.
4. El circuito de arranque segun la reivindicación 1, caracterizado por que dicho dispositivo de conmutacion (11) es un SCR.
5. El circuito de arranque segun la reivindicación 1, caracterizado por que dicho transistor (14) es un MOSFET.
6. El circuito de arranque segun la reivindicación 1, caracterizado por que dicho transistor (14) es un transistor bipolar.
7. El circuito de arranque segun la reivindicación 1, caracterizado por que dicho transistor (14) es un transistor de efecto de campo o un IGBT.
8. Una regleta de terminales (30) para compresores de frigonficos, caracterizada por que comprende un receptaculo (32) para un circuito de arranque (1) segun una o mas de las reivindicaciones anteriores, acomodando dicho receptaculo (32) un circuito impreso (31) en el que esta dispuesto dicho circuito de arranque, estando previsto un receptaculo adicional (33) para acomodar dicho elemento (7) sensible al calor de dicho circuito de arranque, proporcionandose una conexion entre dicho elemento PTC (7) y dicho circuito impreso (31) por medio de unos contactos metalicos (35, 36) que estan adaptados para hacer contacto con dicho elemento (7) sensible al calor en un lado y para sujetar dicho circuito impreso (31) en el otro lado a fin de proporcionar contactos electricos con plaquitas de conexion de dicho circuito impreso (31)
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