ITMI972512A1 - Metodo per avviare un motore elettrico asincrono monofase in particolare di una pompa e dispositivo per attuare tale avviamento - Google Patents

Description

Descrizione di un brevetto d'invenzione

Formano oggetto del presente trovato un metodo per avviare un motore elettrico asincrono monofase a più velocità, realizzate tramite avvolgimenti addizionali interni al motore oppure . elementi circuitali esterni (resistenze, induttanze), ed un dispositivo per attuare un tale metodo.

Nei campi in cui vengono impiegati organi pompanti (o motopompa ) per ottenere una circolazione d 'acqua o svuotamenti di ambienti (come ad esempio nei circolatori d'acqua o nelle lavastoviglie), è sentita l'esigenza di regolare in modo ottimale la velocità di rotazione della motopompa (o meglio dei suoi usuali organi rotanti); ad esempio, nel campo degli elettrodomestici, è sentita l’esigenza di avere una ottimale regolazione della velocità suddetta della pompa o motopompa dedicata alla circolazione dell'acqua (o liquido di lavaggio) nella cabina di lavaggio.

Tale esigenza nasce dalla consapevolezza che le possibilità di avere velocità di rotazione inferiori alla velocità nominale di un generico motore di un organo pompante consente di ridurre di conseguenza le prestazioni idrauliche della motopompa e cioè di ridurre, quando desiderato, la portata e la pressione dell'acqua (o altro fluido) in circolazione. Ne consegue che la modifica calibrata della velocità di rotazione del motore sopra citato permette, negli elettrodomestici, di ridurre la quantità d'acqua impiegata durante lo svolgimento di particolari programmi di lavaggio, con conseguente risparmio nei consumi di acqua (esigenza che da qualche tempo è sentita dai consumatori ). Sempre nel campo degli elettrodomestici e con particolare (ma non esclusivo) riferimento alle lavastoviglie, la modifica suddetta della velocità operativa del motore permette di adeguare i parametri di lavaggio al carico di stoviglie, e cioè di adeguare la quantità d'acqua quando tale carico è ridotto o di diminuire la pressione dei getti di lavaggio quando tale carico comprende oggetti estremamente delicati e fragili, come bicchieri di cristallo fine o similari.

In aggiunta ed in generale, la modifica della velocità operativa del motore elettrico della pompa consente di ridurre il rumore generato dall'insieme motopompa/ sistema idraulico in quanto si ha un rumore ridotto sia per la velocità ridotta di rotazione del motore che per il ridotto movimento dell'acqua entro l'ambiente di lavaggio.

A quanto sopra è da aggiungersi il fatto che la modifica della curva dinamica di accelerazione del motore all'atto dell'avviamento consente di evitare un'accelerazione rilevante della rotazione della girante della pompa, con conseguente riduzione delle rumorosità generate nella fase di avvio in presenza di liquido (ad esempio di lavaggio).

Sono note diverse metodologie (e relativi dispositivi) atti ad ottenere la regolazione di un motore asincrono, specie del tipo monofase, utilizzato nelle motopompe.

E' possibile per esempio ricorrere alla parzializzazione della tensione di alimentazione per ottenere una caduta delle prestazioni elettromeccaniche del motore: questo metodo comporta però l'introduzione di un elevato numero di armoniche nelle correnti circolanti del motore con conseguente generazione di calore e di rumore, spesso oltre i limiti consentiti. In alternativa è possibile impiegare un'elettronica di controllo di un tale motore più sofisticata (inverter, ecc.) che permette sicuramente di ottenere una regolazione continua della velocità ma i costi di realizzazione sono elevati in rapporto a quanto è il costo finale di una motopompa commercialmente accettabile dal mercato.

Scopo del presente trovato è quello di offrire un metodo ed un dispositivo perfezionato atto ad ottenere una regolazione ottimale della velocità di un motore asincrono, in particolare monofase, impiegato in una motopompa.

In particolare, scopo del trovato è quello di offrire un metodo del tipo citato che sia di semplice ed affidabile attuazione.

Un altro scopo è quello di offrire un dispositivo del tipo citato che abbia costi contenuti così da non incidere negativamente sul costo finale della motopompa e che sia di semplice realizzazione e di affidabile impiego.

Questi ed altri scopi che risulteranno evidenti all'esperto del ramo vengono raggiunti da un metodo e da un corrispondente dispositivo secondo le rivendicazioni allegate.

Per una maggior comprensione del presente trovato si allega a titolo puramente esemplificativo, ma non limitativo, il seguente disegno, in cui:

la figura 1 rappresenta graficamente diverse curve (7,10,11,...,N) numero di giri/coppia di un motore elettrico operante secondo il presente trovato; e

la figura 2 rappresenta schematicamente il dispositivo secondo il trovato.

Con riferimento alle citate figure, un motore elettrico asincrono monofase a singola velocità è indicato schematicamente con 1. Esso è associato ad una usuale girante (non mostrata) ed è quindi parte di una motopompa (meccanicamente in sè nota) impiegata, ad esempio, in una lavastoviglie. Schematicamente (ovvero nelle sue parti utili alla comprensione del presente trovato), il motore 1 comprende un avvolgimento primario 2 collegato in parallelo ad un avvolgimento ausiliario 3 che generalmente è in serie ad un condensatore 4. Il motore è collegato ad una tensione di rete V ai capi di rami 6 e 7, sul ramo 6 essendo posto un usuale protettore termico 8 e su quello 7 un interruttore, preferibilmente statico (vantaggiosamente un triac) 9.

Secondo il trovato, il motore 1 potrebbe o essere (come nell'esempio) connesso ad una pluralità di carichi resistivi o induttivi 10,11,...,N-1,N collegati all'avvolgimento primario 2 ed a quello ausiliario 3 sopra citati. In alternativa, il motore potrebbe contenere al suo interno avvolgimenti addizionali 10,11,...,N. Tali elementi circuitali possono essere selettivamente collegati al motore 1 ed alla tensione di rete V attraverso corrispondenti interruttori 110,111,...,100+(N-l), 100+N preferibilmente statici (vantaggiosamente triac). Per generare curve giri/coppia del motore via via decrescenti (7,10,...,N-1,N) rispetto alla curva "7" (figura 1), relativa alla parte circuitale 1 del motore, è necessario connettere in serie al circuito 1 sempre più elementi circuitali provvedendo al tempo stesso a muovere l'alimentazione V del contatto 7 ai relativi contatti 10,11,...N.

Ciò per i fini che più avanti verranno indicati. Gli interruttori 110,111,...,99+N,100+N sono comandati, nella loro movimentazione in apertura o chiusura su rispettivi rami 1110, 1111 ,...., 1000(N-1), 1000N collegati al ramo 7, da un’unità 17 di comando e controllo del funzionamento del motore 1; tale unità, preferibilmente a microprocessore, è connessa ai suddetti interruttori. Essa potrebbe anche essere connessa (come nell'esempio di figura 2) ad un mezzo rilevatore 20 della velocità di rotazione del motore 1 (o meglio del suo rotore non rappresentato ); tale mezzo rilevatore 20 può essere tale da rilevare direttamente o indirettamente tale velocità: nel primo caso, può essere un sensore di velocità (in sè noto) applicato al motore 1, oppure un rilevatore anch'esso noto della corrente assorbita da quest'ultimo; nel secondo caso può essere un pressostato posto a valle della motopompa ed atto a rilevare la posizione dell'acqua in uscita da essa.

L'unità 17 opera secondo algoritmi preimpostati ma selezionabili da un utente attraverso l'intervento su pulsanti e/o, manopole presenti su un'interfaccia 22, per esempio, della lavastoviglie. L'unità 17 è preferibilmente integrata all'usuale circuito elettrico e/o elettronico dell'elettrodomestico.

Il metodo secondo il trovato verrà ora descritto con riferimento alla figura 1.

Poiché per le pompe (di lavastoviglie o similari) esiste la possibilità di "incollaggio" delle controfacce della tenuta idraulica per effetto di incrostazioni, ecc. nei periodi di non utilizzo (con conseguente necessità di una coppia di avviamento del motore superiore alla coppia resistente presentata in questi casi), all 'avviamento il motore 1 deve essere eccitato in modo tale che la coppia di avviamento sia superiore alla coppia resistente 3⁄4 . Pertanto, nell'esempio, quando un utente attiva la lavastoviglie, l'unità 17 chiude l'interruttore 9 sul ramo 7, mantenendo gli altri interruttori 110,...,100+N aperti sui rispettivi rami. In tal caso, il motore è eccitato così da avere la coppia d'avviamento massima desiderata che, ad esempio, è pari al valore di figura 1. All'inizio del suo funzionamento, il motore ha così una coppia definita dalla curva 7 in figura 1 che preferibilmente rappresenta la curva numero di giri/coppia che offre le maggiori prestazioni .

Il motore viene poi alimentato per un brevissimo periodo di tempo (ad esempio per un periodo compreso tra 10 e 80 millisecondi successivamente, l'unità 17 apre l'interruttore 9 e chiude l'interruttore 100+N sul relativo ramo 1100+N così da porre in serie gli elementi circuitali 10,11,...,N e portare il motore ad operare secondo la curva caratteristica numero di giri/coppia indicata con N in figura 1, curva corrispondente a basse prestazioni del motore, preferibilmente le più basse possibili. Tale fase, indicata schematicamente per la prima parte di esse dal segmento "d" in figura 1, porta il motore ad operare ad un numero di giri n1 corrispondente al punto K della curva N, punto di stabilità in cui quest'ultima incontra la curva Cp caratteristica della pompa. Da notare che il numero di giri n1 viene raggiunto dopo che si è passati dalla curva 7 a quella N, in quanto quest'ultima risulta essere superiore alla curva Cp del carico resistente.

Con tale modalità operativa, il motore si avvia con una coppia che è superiore alla coppia resistente, cosa che assicura tale avviamento anche in condizioni di "incollaggio" delle controfacce rotanti della tenuta idraulica della pompa. La curva numero di giri/coppia selezionabile può, come nell'esempio, essere la massima possibile oppure corrispondere ad una qualsiasi coppia del motore comunque tale da presentare una coppia di avviamento superiore a quella resistente. La curva di coppia corrispondente viene seguita solo per brevissimo tempo ed il passaggio ad una curva corrispondente ad una coppia comunque inferiore consente di far operare la pompa in condizioni di minor rumore (rispetto a quelle corrispondenti alla curva di coppia seguita all'avviamento del motore) ed in cui le prestazioni idrauliche di tale organo risultano pertanto ridotte con conseguente riduzione dei consumi d'acqua.

Il raggiungimento, ad esempio, della condizione operativa m lungo la curva 7 (curva d'avviamento), il rapido passaggio ad una curva (ad esempio N) con coppia inferiore, ed il raggiungimento successivo del valore di coppia K accelerando secondo la curva N di figura 1 e quindi del numero di giri ni potrebbe essere rilevato dall'unità 17 attraverso il mezzo rilevatore 20. Ad esempio ciò potrebbe essere ottenuto grazie ai dati emessi dal sensore di velocità rotazionale del rotore del motore 1. Grazie alla presenza del mezzo rilevatore 20 si ha una sorta di controllo ad anello chiuso del funzionamento del motore e l'unità 17 può in ogni momento intervenire sugli interruttori 110,...,100+N al fine di modificarlo secondo le necessità.

Quando l'usuale programma di lavaggio scelto dall'utente lo richiede, l'unità 17 apre l'interruttore 100+N e chiude uno qualsiasi degli interruttori 110,111,...,99+N in modo tale da avere un'eccitazione del motore corrispondente ad una caratteristica di coppia che segue una qualsiasi curva numero di giri/coppia (7,10,N-1) superiore a quella della curva N (ad esempio la curva N-l di figura 1) e che comporta il passaggio del motore ad un regime di rotazione corrispondente al valore Π2 di numero di giri, velocità richiesta per svolgere l'operazione di lavaggio impostata dall'utente. In funzione delle varie fasi di lavaggio operate dalla lavastoviglie, quindi, l'unità 17 (eventualmente connessa all'usuale programmatore dell 'elettrodomestico) opera una selettiva chiusura di uno solo degli interruttori 110,...,100+N in modo tale che si abbia (in modo discreto) una corretta ed ottimale velocità di rotazione del motore atta à consentire l'esecuzione della fase di lavaggio desiderata.

E' stata descritta una forma di attuazione dell'invenzione. Altre ancora, tuttavia, possono essere ottenute sulla base di quanto sopra citato. Ad esempio, l'unità 17 può essere la stessa unità di controllo del funzionamento dell'elettrodomestico opportunamente programmata così da svolgere le funzioni di controllo del motore 1 come sopra indicato. Anche tali varianti sono da considerarsi ricadere nell 'ambito del presente documento.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo d'avviamento di un motore elettrico asincrono monofase (1), in particolare di una pompa, caratterizzato dal fatto di prevedere l'eccitare il motore (1) così da avere una coppia d'avviamento { ) sicuramente superiore alla più alta prevedibile coppia resistente (CR) ed ottenere l'avviamento del motore stesso, mantenere per un predeterminato e ridottissimo periodo di tempo tale eccitazione e quindi modificare l'alimentazione del motore così da avere una differente coppia con curva dinamica d'accelerazione risultante anche molto inferiore alla prima, ciò permettendo di continuare il moto della girante della pompa con accelerazione ridotta e raggiunge una velocità di rotazione inferiore a quella ottenibile con l'alimentazione originale detta seconda coppia motrice potendo essere successivamente modificata così da selezionare numeri di giri diversi del motore.
2. 2. Metodo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la coppia di avviamento (C1) selezionabile ha un valore compreso tra l'effettiva coppia resistente (CR) e la massima coppia d'avviamento (C1) del motore (1).
3. 3. Metodo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'eccitazione del motore nella configurazione circuitale selezionata nella fase di avviamento perdura per un tempo limitato dell'ordine delle decine di millisecondi e comunque funzione del tipo di carico.
4. 4. Metodo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che si prevede un controllo continuo della velocità di rotazione del motore (1) ed una regolazione discreta di quest 'ultima in funzione di tale controllo e di velocità operative della pompa preselezionate.
5. 5. Metodo di cui alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il controllo della velocità di rotazione del motore è effettuato in modo diretto su quest'ultimo.
6. 6. Metodo di cui alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il controllo della velocità di rotazione del motore è effettuato anche in modo indiretto attraverso il controllo di una grandezza fisica funzionalmente correlata al funzionamento di tale motore.
7. 7. Dispositivo per attuare il metodo secondo la rivendicazione 1, applicato ad un motore asincrono monofase (1) comprendente un avvolgimento primario (2) uno secondario (3), caratterizzato dal fatto di comprendere primi mezzi (9) atti ad eccitare il motore sui soli avvolgimenti primario e secondario così da ottenere una coppia d'avviamento massima (Ci) superiore alla più alta prevedibile coppia resistente (CR) e consentire l'avviamento del motore (1), e secondi mezzi (110,111,...,100+N) atti a modificare l'alimentazione del motore (dal contatto 7 ad un altro contatto selezionabile in funzione degli avvolgimenti disponibili) così da avere un successivo passaggio ad una seconda coppia motrice inferiore alla prima, detti secondi mezzi (110,111, ...) essendo selettivamente attivabili così dà ottenere coppie motrici differenti e conseguenti differenti curve dinamiche di accelerazione ed avere numeri di giri diversi del motore una volta raggiunta la fase di moto rotativo stabile caratterizzato dal particolare andamento della curva di carico della pompa.
8. 8. Dispositivo di cui alla rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il motore comprende una pluralità di avvoglimenti addizionali, che i primi mezzi (9) eccitatori del motore (1) ed i secondi mezzi (110,111,...) eccitatori degli avvolgimenti addizionali sono interruttori atti a collegare opportunamente direttamente gli avvolgimenti del motore alla rete, detti interruttori essendo preferibilmente interruttori statici.
9. 9. Dispositivo di cui alla rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che i secondi mezzi (110,111,...) atti a modificare l'alimentazione del motore (1) sono elementi circuitali resistivi o induttivi (10,11,...,N) esterni al motore selettivamente inseribili in serie agli avvolgimenti primario e secondario (2,3) del motore (1).
10. 10. Dispositivo di cui alle rivendicazioni 8 e 9, caratterizzato dal fatto che gli interruttori (9;110, ...,100+N) sono comandati in apertura e chiusura da un'unità di comando e controllo (17), preferibilmente a microprocessore.
11. 11. Dispositivo di cui alla rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che l'unità di comando e controllo (17) è connessa ad un circuito elettrico/elettronico di comando del funzionamento della pompa.
12. 12. Dispositivo di cui alla rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi (20) rilevatori della velocità di rotazione del motore (1) collegati all'unità di comando e controllo (17).
13. 13. Dispositivo di cui alla rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che i mezzi rilevatori (20 ) sono un sensore di velocità associato al motore (1).
14. 14. Dispositivo di cui alla rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che i mezzi rilevatori (20) sono un pressostato posto sul condotto posto a valle della pompa a cui è associato il motore elettrico (1).
15. 15. Dispositivo di cui alla rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che i mezzi rilevatori (20) sono un sensore di corrente assorbita al motore elettrico (1).
16. 16. Elettrodomestico provvisto di motopompa con motore elettrico asincrono monofase a più velocità o con elementi elettrici circuitali esterni comprendente il dispositivo secondo la rivendicazione 7 ed operante secondo il metodo di cui alla rivendicazione 1.
17. 17. Elettrodomestico di cui alla rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi selettori ad attivazione manuale o automatica connessi a mezzi di controllo o sensori interni, atti a consentire la selezione di una velocità di rotazione e curva dinamica d'accelerazione della motopompa al fine di correlare i consumi d'acqua e/o le prestazioni indrauliche alle esigenze del possibile ciclo di lavaggio e di minimizzare nel contempo la rumorosità del sistema elettrico/idraulico.