ITUB20150318A1 - Compressore commerciale con dispositivo elettronico per l'avviamento del motore elettrico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell?invenzione industriale dal titolo: ?Compressore commerciale con dispositivo elettronico per l?avviamento del motore elettrico?

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo tecnico

Il presente invenzione riguarda un compressore commerciale dotato di un dispositivo di avviamento elettronico per l?avviamento del motore elettrico.

In particolare nella presente invenzione ci si riferisce a compressori per refrigerazione per applicazioni di tipo commerciale (ovvero banchi frigo presenti nei negozi e/o supermercati, dispositivi per refrigerare bibite alla spina, celle frigorifere, etc?).

I frigoriferi e i refrigeratori di tipo commerciale presentano normalmente due avvolgimenti: un avvolgimento di marcia, che alimenta il motore durante il suo normale funzionamento, e un avvolgimento di avviamento, che ? alimentato per un breve periodo di tempo (circa 1-2 secondi) solamente all?avvio del motore, in modo da fornire una coppia di spunto iniziale per porre in movimento angolare il rotore del motore. Il secondo avvolgimento viene disinserito subito dopo la partenza del motore.

I dispositivi di avviamento elettronici hanno lo scopo di alimentare l?avvolgimento di avviamento per un periodo di tempo quando il motore deve essere acceso, e di spegnere/staccare l?avvolgimento di avviamento quando il motore ? acceso.

Inoltre, per certi utilizzi dei compressori commerciali ? necessario aumentare la coppia di spunto per contrastare condizioni di avviamento difficili, quali ad esempio delle pressioni squilibrate nel circuito. A tale scopo i dispositivi di avviamento elettronici possono essere equipaggiati con un condensatore di capacit? sufficientemente elevata posto in serie all?avvolgimento di avviamento (detto anche start capacitor o Cstart).

Inoltre, quando ? richiesta anche un?elevata efficienza durante il funzionamento, ? possibile prevedere la presenza di un secondo condensatore permanentemente inserito, detto condensatore di marcia (run capacitor o Crun).

Quindi, i refrigeratori commerciali possono comprendere:

- un condensatore di avviamento (Cstart), che viene utilizzato soltanto durante la fase di avviamento in modo da ottenere una coppia di avviamento maggiore, e

- un condensatore di marcia (Crun), che ? connesso in modo permanente in modo da migliorare l?efficienza del motore.

Esistono pertanto in commercio diverse tipologie di compressori con diversi dispositivi di avviamento elettronici: alcuni possono avere soltanto il condensatore di avviamento, altri soltanto il condensatore di marcia, altri possono averli entrambi, a seconda delle applicazioni per cui sono stati progettati.

Sfondo tecnologico

I motori asincroni monofase impiegati nei compressori dei frigoriferi hanno come gi? detto due avvolgimenti; l?avvolgimento di marcia, o di ?run?, ? quello che fa funzionare il motore durante il funzionamento normale, ovvero a regime.

Tale avvolgimento di marcia non ? tuttavia in grado di far partire il motore da fermo, per cui si rende necessario un secondo avvolgimento, detto avvolgimento di avviamento o di start. L?avvolgimento di avviamento ha il solo scopo di fornire la coppia di spunto iniziale per porre in movimento angolare il rotore del motore, e pu? essere disinserito subito dopo la partenza del motore stesso. Questo avvolgimento di avviamento interviene pertanto solamente nel transitorio iniziale.

I dispositivi di avviamento applicati ai compressori dei frigoriferi hanno pertanto la funzione di inserire l?avvolgimento di avviamento (start) alla partenza del motore e disinserirlo dopo un periodo di avviamento adeguato, che tipicamente ? dell?ordine di qualche secondo.

I modelli pi? tradizionali di dispositivi di avviamento (vedere Figura 1), ancora oggi largamente utilizzati, comprendono un rel? elettromeccanico o rel? amperometrico, o in alternativa un rel? volmetrico.

Il dispositivo di avviamento a rel? illustrato in Figura 1 impiega un rel? elettromeccanico 10, che inserisce l?avvolgimento di avviamento (start) 20 ed ? eccitato dalla corrente nell?avvolgimento di marcia (run) 30. Alla partenza quest?ultima ? elevata e chiude il rel? 10 che alimenta quindi anche l?avvolgimento di start 20; quando il motore ? partito la corrente nell?avvolgimento di marcia 30 cala bruscamente, il rel? 10 si apre e scollega l?avvolgimento di avviamento 20 dal resto del circuito.

Inoltre, nel dispositivo di avviamento a rel? ? possibile prevedere anche un condensatore di marcia 40, connesso a ponte tra i due terminali di uscita degli avvolgimenti di avviamento 20 e di marcia 30 per disaccoppiarli, e un elemento di protezione al motore 50, posto sulla linea di alimentazione L.

Questo tipo di dispositivo di avviamento ? largamente impiegato nei compressori per impieghi commerciali (come ad esempio i banchi frigoriferi per bar e negozi, le celle frigorifere, eccetera).

I compressori commerciali, di maggiore potenza rispetto a quelli domestici, utilizzano, come gi? detto, anche un condensatore di avviamento 45 (start capacitor, Cstart), presente e collegato in serie all?avvolgimento di avviamento 20. Inoltre, sebbene non sia necessario, ? sempre pi? diffuso l?utilizzo del condensatore di marcia Crun 40 su tutte le tipologie di compressori.

Pertanto, il dispositivo di avviamento elettronico deve garantire il funzionamento in presenza di entrambi i condensatori 40 e 45, indipendentemente dal loro valore di capacit?.

La soluzione tradizionale per l?avviamento dei motori dei compressori impiega il suddetto rel? elettromeccanico 10, come mostrato in Figura 1, che attiva l?avvolgimento di avviamento ed ? eccitato dalla corrente nell?avvolgimento di marcia. Alla partenza quest?ultima ? elevata e chiude il rel? che alimenta quindi anche l?avvolgimento di avviamento. Quando il motore ? partito la corrente nell?avvolgimento di marcia cala bruscamente, il rel? si apre e scollega l?avvolgimento di avviamento dal resto del circuito.

Questa soluzione presenta tuttavia alcuni inconvenienti:

- ciascun motore elettrico deve avere un proprio modello di rel?;

? il condensatore di marcia, se presente, causa delle scariche di corrente che danneggiano il rel?; non ? pertanto possibile utilizzare questo dispositivo di avviamento quando ? presente anche il condensatore di marcia;

- il rel? di avviamento deve essere montato in posizione verticale, vincolando cos? la progettazione della morsettiera;

? nel caso in cui il rotore sia bloccato e il motore non possa avviarsi, l?avvolgimento di avviamento rimane permanentemente inserito causando un rapido surriscaldamento del motore.

Peraltro il rel? di avviamento ha una caratteristica desiderabile: il tempo di inserimento dell?avvolgimento di avviamento si allunga quando la tensione di rete diminuisce, cio? proprio quando il motore richiede pi? tempo per avviarsi.

Scopo e sintesi

Scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un compressore di tipo commerciale con un dispositivo di avviamento elettronico per l?avviamento del motore elettrico che risolva gli inconvenienti dei dispositivi noti.

L?invenzione ? stata sviluppata in particolare in vista dell?applicazione ai refrigeratori commerciali.

In particolare, la presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire un compressore con dispositivo di avviamento elettronico per l?avviamento del motore elettrico da utilizzare in apparecchiature come ad esempio frigoriferi o refrigeratori di tipo commerciale, che permetta di controllare il periodo di di accensione tON dell?avvolgimento di avviamento attraverso il pilotaggio di un interruttore a stato solido.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto da un compressore con dispositivo di avviamento elettronico avente le caratteristiche formanti oggetto della rivendicazione 1.

Le rivendicazioni formano parte integrante dell?insegnamento somministrato in relazione all?invenzione.

In varie forme di attuazione il compressore per refrigeratori commerciali comprende un motore elettrico comprendente un avvolgimento di avviamento e un avvolgimento di marcia, in cui i terminali di ingresso dell?avvolgimento di avviamento e dell?avvolgimento di marcia sono connessi tra loro e alla tensione di linea. Inoltre, ? presente un dispositivo di avviamento elettronico per alimentare l?avvolgimento di avviamento per un periodo di avviamento.

Il dispositivo di avviamento elettronico comprende un condensatore di marcia avente un primo terminale connesso al terminale di uscita dell?avvolgimento di avviamento e un secondo terminale connesso al terminale di uscita dell?avvolgimento di marcia, e un condensatore di avviamento avente un primo terminale connesso al terminale di uscita dell?avvolgimento di avviamento.

Il dispositivo di avviamento elettronico comprende inoltre un interruttore a stato solido che alimenta l?avvolgimento di avviamento, in cui l?interruttore a stato solido ? connesso tra il secondo terminale del condensatore di avviamento e il terminale di neutro della rete.

L?interruttore a stato solido ? comandato in commutazione da un circuito di controllo comprendente un circuito di temporizzazione che chiude l?interruttore all?accensione del motore e lo apre al termine di detto periodo di avviamento quando il motore ? avviato.

Preferibilmente l?interruttore a stato solido ? un triac.

In varie forme di attuazione preferite il dispositivo di avviamento elettronico comprende una induttanza di smorzamento in serie al condensatore di avviamento per bloccare le scariche di corrente generate dal condensatore di marcia. Preferibilmente tale induttanza di smorzamento pu? essere integrata direttamente sulla scheda elettronica, ovvero sul PCB (Printed Circuit Board).

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione verr? ora descritta dettagliatamente con riferimento ai disegni allegati, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

- la Figura 1 relativa alla tecnica nota, ? gi? stata descritta,

- la Figura 2, mostra una forma di realizzazione secondo la presente invenzione,

- le Figure 3A e 3B sono architetture di due forme di realizzazione di un dispositivo di avviamento elettronico secondo la presente invenzione,

- le Figure 4A e 4B mostrano in dettaglio la realizzazione di alcuni blocchi delle Figure 3B e 3A,

- la Figura 5 mostra in dettaglio una implementazione circuitale di alcuni blocchi di Figura 4B,

- la Figura 6 mostra in dettaglio una implementazione circuitale di alcuni blocchi di Figura 4A, e

- la Figura 7 mostra una vista esplosa del gruppo compressore secondo una forma di attuazione.

Descrizione particolareggiata

Nella seguente descrizione sono illustrati uno o pi? dettagli specifici, mirati a fornire una comprensione approfondita di varie forme di attuazione esemplificative. Le forme di attuazione possono essere ottenute senza uno o pi? di tali dettagli specifici, oppure attraverso altri procedimenti, componenti, materiali, ecc.

In altri casi, strutture, materiali, o operazioni note non sono rappresentate o descritte in dettaglio per evitare di oscurare i alcuni aspetti delle forme di attuazione.

Un riferimento a ?una forma di attuazione? nel contesto della presente descrizione ? destinata ad indicare che una particolare configurazione, struttura o caratteristica descritta in relazione alla forma di attuazione e compresa in almeno una forma di attuazione. Per cui, espressioni quali ?in una forma di attuazione?, eventualmente presenti in uno o pi? punti della presente descrizione, non fanno necessariamente riferimento ad una stessa forma di attuazione. Inoltre, particolari configurazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in qualsiasi modo adeguato in una o pi? forme di attuazione.

I riferimenti qui utilizzati sono forniti semplicemente per convenienza e quindi non definiscono l?ambito di protezione o la portata delle forme di attuazione.

La presente invenzione si riferisce ad un compressore commerciale dotato di un dispositivo di avviamento elettronico per l?avviamento del motore elettrico. Il dispositivo di avviamento elettronico ? in grado di connettere l?avvolgimento di avviamento al resto del circuito e di disconnetterlo non appena il motore ? stato completamente avviato.

La titolare ha sviluppato un compressore commerciale dotato di un dispositivo di avviamento elettronico (anche noto come ?starter elettronico?) in grado di ovviare agli inconvenienti dei dispositivi di avviamento elettronici noti basati sull?impiego di rel?.

Con particolare riferimento alla Figura 6, con il riferimento 200 viene indicato un gruppo compressore. Il dispositivo di avviamento elettronico ? alloggiato in un involucro avente un corpo 230 dotato di un coperchio rimuovibile 210 per la connessione tramite una staffa al gruppo compressore 200. Il dispositivo di avviamento elettronico ? accolto su di una scheda elettronica 220, su cui sono montati un condensatore di avviamento 45, un condensatore di marcia 40 una bobina di smorzamento 65 e un moto-protettore 50.

La struttura generale del dispositivo di avviamento elettronico ? mostrata in Figura 2.

Con riferimento alla Figura 2, l?avvolgimento di avviamento 120 ? alimentato attraverso un interruttore a stato solido 70, tipicamente un triac; quest?ultimo interruttore 70 ? controllato da un circuito di temporizzazione 80 che ne comanda la commutazione. In particolare comanda la chiusura del triac 70 quando si alimenta il motore e ne comanda la riapertura dopo un periodo di tempo adeguato per l?avviamento.

Questo tempo di accensione dell?avvolgimento di avviamento ? noto come tempo di ON (tON) e si aggira tipicamente attorno al secondo.

Le principali differenze fra i dispositivi di avviamento elettronici risiedono nel circuito di controllo che collega e scollega l?avvolgimento di avviamento, e nel meccanismo con il quale viene generato il tempo di accensione tON dell?avvolgimento di avviamento.

Alcuni avviatori elettronici utilizzano la carica di un condensatore C attraverso una resistenza R: la costante di tempo R?C fornisce la base dei tempi dalla quale, con vari metodi, si pu? ottenere il tempo di accensione tON desiderato.

In particolare, verranno qui di seguito presentate diverse forme di attuazione del dispositivo di avviamento elettronico utilizzabile nel compressore secondo la presente invenzione.

Con particolare riferimento alle Figure 3A e 3B verr? ora descritto lo schema generale del dispositivo elettronico di avviamento, utilizzando due forme di attuazione alternative. Con riferimento anche alla figura 2, l?avvolgimento di start 120 ? alimentato attraverso un interruttore a stato solido 70, tipicamente un triac 110; quest?ultimo ? controllato da un circuito di temporizzazione 80 che lo chiude quando si alimenta il motore e lo riapre dopo un periodo di tempo adeguato per l?avviamento. Questo tempo, come gi? indicato, ? chiamato tempo di ON (tON).

Nelle Figure 3 con il riferimento 90 viene indicato il dispositivo di avviamento elettronico (che comprende l?interruttore a stato solido 70 e il circuito di temporizzazione 80).

In una o pi? forme di attuazione il tempo di ON dipende dalla tensione di rete o tensione di linea e aumenta al diminuire di essa, in modo da dare pi? tempo al motore per partire quando la tensione di linea ? bassa.

In una o pi? forme di attuazione il tempo di ON ? invece fisso e preimpostato: lo svincolo della dipendenza del tempo di ON tON dalla tensione di rete consente un collegamento pi? semplice del dispositivo di avviamento elettronico al motore, che permette come ulteriore vantaggio la realizzazione di morsettiere molto compatte. I vantaggi di questa soluzione sono legati alla riduzione dell?ingombro, riduzione del numero di parti e dei componenti utilizzati e una semplificazione della fase di assemblaggio. Tali vantaggi hanno delle conseguenze anche a livello economico con un risparmio sui componenti.

In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un compressore per refrigeratori commerciali che comprende un motore elettrico, un dispositivo di avviamento elettronico 90 per l?avviamento del motore elettrico, che comprende un triac 110 e un circuito di controllo 100 (vedere Figure 4).

In particolare, il compressore secondo l?invenzione comprende un motore elettrico dotato un avvolgimento di avviamento 120 e di un avvolgimento di marcia 130. Il dispositivo di avviamento elettronico 90 ? previsto un interruttore a stato solido 70 che alimenta l?avvolgimento di avviamento 120. In varie forme di attuazione tale interruttore a stato solido 70 ? in particolare un triac 110.

In varie forme di attuazione del dispositivo di avviamento elettronico 90 qui descritte sono presenti diversi circuiti di controllo che comandano la commutazione del triac 110 utilizzando un diverso meccanismo per la generazione del tempo di ON, ovvero del tempo di attivazione dell?avvolgimento di avviamento 120.

Con riferimento alle Figure 4A e 4B, i blocchi che sono comuni in varie forme di attuazione sono i seguenti:

- un triac 110, che come gi? detto funge da interruttore a stato solido utilizzato per connettere e disconnettere l?avvolgimento di avviamento 120 al resto del circuito,

- una rete di alimentazione 200 (?Power supply?) che genera le tensioni di alimentazione necessarie ai componenti del dispositivo di avviamento elettronico 90; questa rete ? identica in tutte le forme di attuazione, tranne che per il collegamento o meno alla tensione di rete;

- un circuito ?Gate driver? 230,235 che pilota il terminale di gate del triac 110 con le tensioni e le correnti opportune;

- un circuito di temporizzazione 210,220 (?Timer?), che comanda la commutazione del triac 110 dalla sua condizione chiusa alla sua condizione aperta.

In particolare, con riferimento alle Figure 4A e 4B il dispositivo elettronico 90 comprende un circuito di controllo 100 che comprende:

- una rete di alimentazione 200, che riceve in ingresso una tensione di linea alternata L e genera in uscita una tensione raddrizzata,

- un circuito di temporizzazione 210,220, alimentato dalla tensione raddrizzata in uscita alla rete di alimentazione 200, e atto a generare un segnale di attivazione, e

- un circuito di pilotaggio 230,235, attivabile attraverso il suddetto segnale di attivazione.

Il circuito di controllo 100 comanda la commutazione dell?interruttore triac 110, interposto tra il terminale di alimentazione dell?avvolgimento di avviamento 120 e l?uscita del circuito di pilotaggio 230,235.

Una delle caratteristiche di maggiore rilievo della presente soluzione ? che il dispositivo di avviamento elettronico permette comandare la commutazione dell?interruttore impostando e/o selezionando un periodo di tempo di accensione tON dell?avvolgimento di avviamento. In particolare, il tempo di accensione tON pu? essere dipendente dalla tensione di alimentazione e crescere al diminuire della tensione di alimentazione. Diversamente, in altre forme di attuazione il tempo di ON ? fisso e preimpostato.

In una o pi? forme di attuazione, il circuito di temporizzazione 210 ? costituito da un circuito RC che carica un condensatore C dalla tensione di rete attraverso una resistenza R. Il tempo di ON ? costituito dal tempo richiesto perch? la tensione ai capi del condensatore C raggiunga un livello predefinito. Tale tempo dipende dal valore della resistenza R, dal valore del condensatore C e dal valore della tensione di rete presente sulla linea L. Si ottiene quindi una variabilit? del tempo di ON in funzione della tensione di rete, che ? una caratteristica molto interessante per garantire la partenza del motore anche in presenza di basse tensioni. Con riferimento alla figura 3A un ingresso del dispositivo di avviamento elettronico 90 ? collegato tramite una linea COM alla tensione di rete presente sulla linea L.

In una o pi? forme di attuazione il circuito di temporizzazione 220 ? invece digitale: un circuito integrato genera un?oscillazione a frequenza fissa e relativamente elevata. Questo stesso integrato contiene al suo interno una batteria di divisori in cascata che dividono progressivamente per due la frequenza dell?oscillatore. Si ottengono cos? frequenze sempre pi? basse, i cui periodi di oscillazione costituiscono un insieme di potenziali tempi di ON via via crescenti. Con queste forme di attuazione il progettista ? in grado di scegliere, in base alle necessit? di avviamento, l?uscita del divisore che offre il tempo di ON necessario alla particolare applicazione.

Con riferimento alla figura 3B un ingresso del dispositivo elettronico di avviamento 90 ? collegato tramite una linea S ad un nodo P che si trova tra il terminale di uscita dell?avvolgimento di avviamento 120 e il primo terminale del condensatore di avviamento 45 Cstart.

Nelle Figure 5 e 6 sono mostrate alcune possibili implementazioni circuitali dei blocchi presenti nelle varie forme di attuazione del dispositivo di avviamento elettronico.

In particolare, in varie forme di attuazione il dispositivo di avviamento elettronico comprende un circuito di controllo 100 che permette di generare un tempo di accensione tON dell?avvolgimento di avviamento 120 selezionabile attraverso i parametri di detto circuito di temporizzazione.

Il dispositivo di avviamento elettronico qui descritto pu? prevedere diversi circuiti di temporizzazione con un differente meccanismo di generazione del tempo di accensione tON.

I singoli blocchi verranno descritti in dettaglio nel seguito della presente descrizione.

Con riferimento alla Figura 5, il circuito di alimentazione 200, ?Power supply?, ? realizzato con un classico partitore capacitivo: la tensione di rete viene prelevata fra il piedino comune COM del compressore e il terminale di neutro N della rete. La tensione di rete viene raddrizzata tramite i diodi D1 e D2 e partizionata dai condensatori C1 e C2. Il condensatore C2 viene caricato direttamente dalla linea di tensione attraverso la caduta di tensione sul condensatore C1. Ai capi del condensatore C2 ? presente un diodo Zener D3 che ha la funzione di stabilizzare la tensione di alimentazione del circuito, che viene erogata dai terminali VSS e VDD.

Il circuito di temporizzazione 220 ? realizzato con un integrato CMOS (Complementary Metal?Oxide?Semiconductor) della serie 4000, e preferibilmente il 4093. Esso contiene quattro porte NAND: la prima porta 222 (ABJ) ? utilizzata come oscillatore, e la seconda porta 224 (CDK) ? impiegata come buffer per prelevare l?oscillazione e generare un segnale di attivazione OSC che comanda il circuito di pilotaggio 235.

In varie forme di attuazione le altre due porte 226 e 228 contenute nell?integrato CMOS 4093 non sono utilizzate.

In varie forme di attuazione le altre due porte 226 e 228 contenute nell?integrato CMOS 4093 possono essere utilizzate come buffer per la tensione di temporizzazione.

La prima porta NAND 222 ha un ingresso di abilitazione collegato alla rete di temporizzazione costituita dalle resistenze R10-R20 e dal condensatore C30.

Il funzionamento ? il seguente: all?accensione del motore, l?oscillatore realizzato con la porta NAND 222 (ABJ) inizia ad oscillare con una frequenza di alcuni kHz; la sua uscita entra nel buffer costituito dalla seconda porta NAND 224 (CDK) che ha lo scopo di non caricare l?oscillatore. L?uscita OSC di questa porta 224 viene inviata al circuito di pilotaggio del Gate 235 che produrr? un treno di impulsi negativi al Gate del triac 110, mantenendolo acceso (ovvero nella sua condizione di chiusura) per tutto il tempo di accensione tON.

Contemporaneamente, il condensatore di temporizzazione C30 inizia a caricarsi dalla tensione di rete attraverso la resistenza R10. Quando la tensione ai capi di C30 raggiunge un valore di soglia prefissato, la porta NAND 222 viene disabilitata, l?oscillazione cessa, il Gate del triac 110 non ? pi? alimentato e il triac 110 si spegne (ovvero viene portato nella sua condizione di chiusura). Il tempo necessario per raggiungere questo livello di soglia ? pari al tempo di accensione tON, e viene regolato scegliendo opportunamente i valori delle resistenze R10-R20 e del condensatore C30. E? importante osservare che, a parit? di valori di R10-R20-C30, il tempo necessario per raggiungere il valore di soglia che ferma le oscillazioni ? tanto pi? lungo quanto pi? bassa ? la tensione di rete. Pertanto, il tempo di accensione tON aumenta al diminuire della tensione di rete.

Questa caratteristica ? molto utile per facilitare la partenza del motore in presenza di basse tensioni di rete.

Il circuito di pilotaggio del Gate 235 ha lo scopo di eccitare il gate del triac 110, cos? da tenerlo acceso per tutta la durata del tempo di ON. Il triac 110, per sua natura, si spegne ad ogni semionda, quando la corrente ai suoi capi passa per lo zero, e va quindi riacceso ad ogni semionda per tutta la durata del tempo di ON. Per semplicit? circuitale, ? pi? semplice eccitarlo in continuazione per tutto il tempo di ON, senza nessun sincronismo con le semionde della corrente. Se ? spento, si riaccende; se ? gi? acceso, il segnale al gate viene semplicemente ignorato.

L?accensione del triac 110 richiede una corrente nel Gate di alcuni milliampere; erogare costantemente questa corrente per tutto il tempo di accensione tON richiederebbe, come gi? detto in precedenza, un dimensionamento antieconomico dei condensatori C1 e C2 della rete di alimentazione 200. Pertanto, il triac 110 viene eccitato con una sequenza di impulsi da 10-15 mA ciascuno, ma molto brevi, cosicch? corrispondano ad una corrente media molto pi? bassa. Tali impulsi sono generati dal blocco di pilotaggio del Gate 235: esso preleva la stessa oscillazione ad alta frequenza generata dall?integrato CD4093, ne stringe ulteriormente gli impulsi con il circuito derivatore composto dal condensatore C3 e dalla resistenza R4 e li utilizza per accendere a impulsi il Mosfet M2.

Quest?ultimo, quando ? acceso connette il Gate del triac 110 alla tensione negativa VSS, iniettandovi quindi un impulso negativo di corrente. Come gi? detto in precedenza, il triac 110 pu? essere comandato per essere acceso iniettando nel suo Gate impulsi positivi o negativi, ma in quest?ultimo caso (qui prescelto) la corrente richiesta ? minore e l?accensione garantita per tutti i tipi di triac 110.

In Figura 6 ? mostrata una diversa implementazione circuitale di alcuni blocchi del dispositivo di avviamento elettronico.

Il circuito di alimentazione 200, ?Power supply?, ? del tutto analogo a quello di Figura 5, con l?unica differenza che il terminale che prima era collegato al piedino comune COM del compressore (Figura 3A) ora ? connesso al piedino di start (Figura 3B), ovvero al terminale di uscita del circuito di avviamento. Questa ? una differenza molto importante, perch? permette una connessione particolarmente semplice al motore. Permette inoltre di integrare il dispositivo elettronico di avviamento con il condensatore di start, ottenendo cos? un unico componente.

Il vantaggio di questa forma di attuazione risiede nella semplificazione del cablaggio e quindi dell?assemblaggio in linea di produzione. In questo modo si ottiene una riduzione dei costi e un incremento dell?affidabilit?.

Il circuito di temporizzazione 210 nella forma di attuazione illustrata nella Figura 6, ? realizzato con un integrato CMOS (Complementary Metal?Oxide?Semiconductor) della serie 4000, e in particolare l?integrato 4060. Esso contiene al suo interno un oscillatore (non illustrato), la cui frequenza di oscillazione fosc ? impostabile tramite la rete esterna formata da CX-RX-RS, e una serie di divisori digitali che dividono tale frequenza fosc per numeri che vanno da 16 a 16384, e forniscono quindi periodi di oscillazione sempre pi? lunghi.

L?uscita Q4 del circuito di temporizzazione 210 (corrispondente al piedino 7) viene selezionata e invia l?oscillazione al blocco di pilotaggio del Gate 230, che la sfrutta per accendere il triac 110 (ovvero portarlo nella sua condizione chiusa) e quindi alimentare l?avvolgimento di avviamento 120.

La sequenza di impulsi che pilota il Gate dell?interruttore triac 110 ? generata dal circuito 230.

Il circuito di pilotaggio 230 riceve in ingresso un segnale su una linea DRV che ? l?uscita del circuito di temporizzazione 210.

Il circuito 230 di pilotaggio del Gate, ha lo scopo di eccitare il Gate del triac 110, cos? da tenerlo acceso (ovvero nella sua condizione chiusa) per tutta la durata del tempo di accensione tON. Il triac 110, per sua natura, si spegnerebbe ad ogni semionda, quando la corrente ai suoi capi passa per lo zero, e va quindi riacceso ad ogni semionda per tutta la durata del tempo di accensione tON. Per semplicit? circuitale, ? pi? semplice eccitarlo in continuazione per tutto il tempo di accensione tON, senza nessun sincronismo con le semionde della corrente. Se ? spento, si riaccende; se ? gi? acceso, il segnale al Gate del triac 110 viene semplicemente ignorato.

Il circuito di temporizzazione 210 funziona in questo modo: alla rete esterna di temporizzazione formata da CX-RX-RS ? stato aggiunto un Mosfet M1, il cui Gate (piedino STOP) ? collegato all?uscita di uno dei divisori (indicate con Q5?Q14). Supponiamo per esempio che sia l?uscita Q13, che corrisponde alla divisione per 8192. Dopo un certo tempo (pari in secondi a 8192/fosc) l?uscita Q13 si porta allo stato alto e quindi il Mosfet M1 si accende. Cos? facendo, la rete di temporizzazione CX-RX-RS viene cortocircuitata dalla resistenza R3, l?oscillazione cessa e il circuito rimane ?congelato? in questo stato. Non essendoci pi? oscillazione, anche il Gate del triac 110 non viene pi? eccitato e il triac 110 si spegne (ovvero viene portato nella sua condizione aperta). Il tempo di accensione tON corrisponde quindi (in questo esempio) a 8192/fosc ed ? molto preciso e indipendente da altri parametri circuitali e/o del motore.

Il circuito di pilotaggio del Gate 235 (Gate driver) ? del tutto analogo a quello descritto in precedenza.

Gli impulsi in uscita dal circuito di temporizzazione 220 sono presenti sulla linea OSC e sono alimentati ad una rete di derivazione C50-R50 in modo da ottenere impulsi pi? corti con un ridotto duty cycle (circa il 50%). La rete di derivazione produce impulsi positivi e negativi; questi ultimi sono indesiderati e vengono tagliati dal diodo D60.

Gli impulsi positivi pilotano il Gate del MOSFET M10 che connette periodicamente il Gate del triac 110 alla tensione di alimentazione negativa, attraverso la resistenza R60. Il MOSFET M10 e la resistenza R60 agiscono insieme come un generatore di corrente che inietta impulsi negativi di corrente nel Gate del triac 110.

Per motivi di affidabilit?, quando ? presente il condensatore di marcia Crun 40 diventa necessario inserire anche una piccola induttanza di smorzamento Ldamp 65 (Damping coil) in serie al condensatore di avviamento Cstart 45, come illustrato nelle figure 3A e 3B. Preferibilmente tale induttanza di smorzamento 65 pu? essere integrata direttamente sulla scheda elettronica, ovvero sul PCB (Printed Circuit Board).

Il condensatore di marcia Crun 40 provoca infatti delle scariche di corrente attraverso il dispositivo di avviamento elettronico, che senza questa induttanza raggiungerebbero livelli troppo elevati per il triac 110.

Pertanto, il dispositivo di avviamento elettronico in entrambe le versioni ed equipaggiato con l?induttanza di smorzamento Ldamp 65 (che diventa parte integrante del dispositivo di avviamento elettronico) soddisfa tutti i requisiti richiesti per l?impiego con i compressori commerciali.

Nel caso del circuito di temporizzazione 220 la durata del segnale di attivazione ? inoltre dipendente dalla tensione di linea.

Nel caso del circuito di temporizzazione 210 il tempo di ON non dipende invece dalla tensione di rete, ma soltanto dai valori dei componenti CX, RX ed RS. In questo caso quindi la durata del tempo TON risulta molto stabile al variare della tensione di linea, del tipo di motore e della temperatura.

L?interruttore triac 110 con la sua commutazione tra stati controlla l?accensione e lo spegnimento dell?avvolgimento di avviamento 120. L?interruttore triac 110 ? acceso (ovvero portato nella sua condizione chiusa) applicando ad esso una sequenza di impulsi negativi al suo terminale di Gate. La sequenza ? generata dal circuito oscillatore (presente nel circuito di temporizzazione) e continua per tutto il tempo di accensione tON. Dopo che la sequenza di impulsi cessa, l?interruttore triac 110 si spegne (ovvero viene portato nella sua condizione aperta) e scollega l?avvolgimento di avviamento 120 dal resto del circuito.

Una sequenza di brevi impulsi viene scelta invece di un segnale continuo di alimentazione del Gate siccome essa richiede una corrente inferiore dalla rete di alimentazione. Infatti, una sequenza di impulsi di corrente con picco di 10mA e un duty cycle del 10% corrispondono ad una corrente media di 1mA. Questa scelta non ? basata soltanto sulla necessit? di risparmiare energia, ma ? dettata anche dalla necessit? di utilizzare condensatori pi? piccoli (e meno cari) nella rete di alimentazione.

Inoltre, si ? scelta una sequenza di impulsi negativi perch? negli interruttori triac un pilotaggio negativo del Gate corrisponde ad operare nel II e III quadrante, che sono disponibili per tutte le tipologie di triac e richiede una corrente di Gate minore.

Nella forma di attuazione illustrata in Figura 6 il circuito temporizzatore o di temporizzazione 210 (timer) ? un temporizzatore digitale: un circuito integrato genera un?oscillazione a frequenza fissa e relativamente elevata. Questo stesso integrato contiene inoltre una batteria di divisori in cascata che dividono progressivamente per due la frequenza dell?oscillatore. Si ottengono cos? in uscita dal circuito integrato frequenze sempre pi? basse, i cui periodi di oscillazione costituiscono un insieme di potenziali tempi di tON via via crescenti. Il progettista sceglie, in base alle necessit? di avviamento, l?uscita del divisore che offre il tempo di accensione tON desiderato. Tale tempo di accensione tON ? fisso e non dipende dalla tensione di rete.

Nella forma di attuazione illustrata in Figura 5, il circuito di temporizzazione 220 (timer) ? costituito da una rete RC che carica un condensatore C attraverso la tensione di rete per mezzo di una resistenza R. Il tempo di accensione tON ? costituito dal tempo richiesto perch? la tensione ai capi del condensatore raggiunga un livello predefinito. Tale tempo dipende dalla resistenza R, dal condensatore C e dalla tensione di rete applicata.

Si ottiene quindi in questa forma di realizzazione illustrata in Figura 5 una variabilit? del tempo di accensione tON in funzione della tensione di rete, che ? molto interessante per garantire la partenza del motore anche in presenza di basse tensioni.

Pertanto, il compressore secondo la presente invenzione ? provvisto di un dispositivo elettronico di avviamento che ? in grado di lavorare in presenza di un condensatore di avviamento di qualsiasi valore. Il dispositivo elettronico ? universale e non necessita una calibrazione diversa in caso di motori differenti.

In varie forme di attuazione il tempo di ON ? controllato in modo preciso da un circuito digitale e da un oscillatore interno e non dipende da fattori esterni come la temperatura, le correnti del motore elettrico, i valori dei condensatori presenti e cos? via.

In alcune forme di attuazione il tempo di ON cresce quando la tensione di linea diminuisce, controbilanciando la riduzione della coppia di avvio.

In varie forme di attuazione il dispositivo elettronico di avviamento pu? essere montato in ogni posizione, offrendo una maggiore flessibilit? e svariate possibilit? di connessione al motore.

In forme di attuazione alternative il tempo di ON ? fisso ed indipendente dalla tensione di linea.

Il vantaggio dell?uso di un interruttore a stato solido come un triac ? principalmente legato al consumo che la bobina del relay richiede; infatti, il triac ha un consumo decisamente minore oltre chiaramente ad ingombri minori. Inoltre i tempi di commutazione del triac sono molto pi? ripetibili rispetto a quelli generati dal relay.

Naturalmente, i dettagli di realizzazione e le forme di attuazione potranno variare, anche in modo significativo, rispetto a quanto qui illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito di protezione. Tale ambito di protezione ? definito dalle rivendicazioni annesse.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Compressore per refrigeratori commerciali comprendente: - un motore elettrico, comprendente un avvolgimento di avviamento (120) e un avvolgimento di marcia (130), in cui i terminali di ingresso di detto avvolgimento di avviamento (120) e di detto avvolgimento di marcia (130) sono connessi tra loro e alla tensione di linea (L), - un dispositivo di avviamento elettronico, per alimentare detto avvolgimento di avviamento (120) per un periodo di avviamento, in cui detto dispositivo di avviamento elettronico comprende: - un condensatore di marcia (40) avente un primo terminale connesso al terminale di uscita di detto avvolgimento di avviamento (120) e un secondo terminale connesso al terminale di uscita di detto avvolgimento di marcia (130), e - un condensatore di avviamento (45) avente un primo terminale connesso al terminale di uscita di detto avvolgimento di avviamento (120) e, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di avviamento elettronico comprende: - un interruttore a stato solido (110) che alimenta l?avvolgimento di avviamento (120), e connesso tra il secondo terminale del condensatore di avviamento (45) e il terminale di neutro della rete (N), e - un circuito di controllo (100) comprendente un circuito di temporizzazione (210,220) che comanda la commutazione di detto interruttore a stato solido (110) chiudendolo all?accensione del motore e aprendolo al termine di detto periodo di avviamento quando il motore ? avviato.
2. 2. Compressore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto interruttore a stato solido (110) ? un triac.
3. 3. Compressore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di avviamento elettronico comprende una induttanza di smorzamento (65) in serie a detto condensatore di avviamento (45) per bloccare le scariche di corrente generate da detto condensatore di marcia (40).
4. 4. Compressore secondo la rivendicazione 2 o la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto circuito di controllo (100) comprende una rete di alimentazione (200), che riceve in ingresso una tensione di linea alternata e genera in uscita una tensione raddrizzata.
5. 5. Compressore secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto circuito di temporizzazione (210,220) ? alimentato da detta tensione raddrizzata in uscita a detta rete di alimentazione (200), ed ? atto a generare un segnale di attivazione (DRV,OSC).
6. 6. Compressore secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto circuito di controllo (100) comprende inoltre un circuito di pilotaggio (230,235), attivabile tramite detto segnale di attivazione (DRV,OSC), in cui detto circuito di pilotaggio (230,235) comanda la commutazione di detto interruttore a stato solido (110).
7. 7. Compressore secondo una delle rivendicazioni 4 a 6, caratterizzato dal fatto che detta rete di alimentazione (200) ? realizzata con un partitore capacitivo (C1, C2) che preleva la tensione dalla linea di alimentazione e la raddrizza tramite una coppia di diodi (D1, D2) per fornire in uscita detta tensione raddrizzata e dal fatto che detta rete di alimentazione (200) comprende inoltre un diodo Zener (D3) per stabilizzare la tensione di alimentazione raddrizzata (VDD, VSS) fornita in uscita dalla rete di alimentazione (200) stessa.
8. 8. Compressore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 5 a 7, caratterizzato dal fatto che detto circuito di temporizzazione (210) comprende un oscillatore, la cui frequenza di oscillazione (fosc) ? impostabile tramite una rete RC esterna (CX, RX, RS), e una serie di divisori digitali che dividono detta frequenza (fosc) per fornire periodi di oscillazione sempre pi? lunghi, per generare un segnale di attivazione (DRV) che comanda il circuito di pilotaggio (230), in cui detto segnale di attivazione (DRV) ? indipendente dalla tensione di linea.
9. 9. Compressore secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto circuito di temporizzazione (210) ? realizzato con un integrato CMOS della serie 4000, e in particolare l?integrato 4060 che comprende al suo interno detto oscillatore e detta serie di divisori.
10. 10. Compressore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 5 a 7, caratterizzato dal fatto che detto circuito di temporizzazione (220) ? realizzato con un integrato CMOS della serie 4000, e in particolare l?integrato 4093, in cui la prima porta NAND (222) ? utilizzata come oscillatore, e la seconda porta NAND (224) ? impiegata come buffer per prelevare l?oscillazione e generare un segnale di attivazione (OSC) che comanda il circuito di pilotaggio (235), in cui detto segnale di attivazione (OSC) ? dipendente dalla tensione di linea.
11. 11. Compressore secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detta prima porta NAND (222) ha un ingresso di abilitazione collegato ad una rete di temporizzazione (R10, R20, C30), i cui valori definiscono la durata del segnale di attivazione (OSC) insieme al valore della tensione di linea.
12. 12. Compressore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 6 a 11, caratterizzato dal fatto che detto circuito di pilotaggio (230, 235) del Gate dell?interruttore triac (110) riceve detto segnale di attivazione (DRV, OSC) e lo alimentata ad una rete di derivazione (C3, R4; C50, R50) in modo da ottenere impulsi pi? corti con un ridotto duty cycle, e in cui gli impulsi negativi in uscita dalla rete di derivazione (C3, R4; C50, R50) vengono tagliati da un diodo (D4; D60).