MOTOR DE POTENCIA DE SALIDA DE DOS NIVELES Y SISTEMAS Y MÉTODOS HVAC ASOCIADOS
SOLICITUD RELACIONADA La presente solicitud es una continuación en parte de la Solicitud Norteamericana número de serie 09/014,752, presentada el dia 28 de Enero de 1998 para Two Step Power
Output Motor (Motor de Potencia de Salida de Dos Niveles) . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un control de velocidad altamente simplificado para su uso con motores eléctricos de todos tipos y cableado de fase, especialmente para motores de inducción de sopladores o ventiladores empleados en combinación con dispositivos de desplazamiento de aire (por ejemplo sopladores y ventiladores) en sistemas de aire acondicionado o bien con los motores que impulsan compresores de refrigerantes en tales sistemas. De conformidad con la invención, el motor puede ser fácilmente cambiado entre una primera velocidad de plena carga y una segunda velocidad reducida. La invención se refiere además a la aplicación de tales motores y controles a varias aplicaciones de calentamiento y acondicionamiento de aire ("HVAC") , especialmente las aplicaciones en las cuales desplazadores o compresores de aire pueden ser operados en dos o más niveles de potencia. Ejemplos de compresores de dos niveles de potencia se presentan en las Patentes Norteamericanas Nos. 4,396,359; 5,129,792; y 5,201,640, cuyas divulgaciones se incorporan aqui por referencia. En cuanto a compresores, bombas de vacio y de otros tipos o maquinarias, y particularmente en cuento a compresores de pistón recíprocos empleados en sistemas de refrigeración de cilindros múltiples o únicos, acondicionamiento de aire, o sistemas de bombas de calor o similares, incluyen máquinas tales como compresores de yugo de la Patente Norteamericana No. 4,838,769, es frecuentemente deseable variar la potencia de salida del compresor, es decir, la capacidad del compresor según los requerimientos de carga de enfriamiento. Dicha modulación puede permitir ganancias importantes en cuanto a eficiencia mientras proporcionan normalmente un ruido reducido, una mayor confiabilidad y una mayor comodidad. Los beneficios potenciales incluyen uno o varios de los siguientes: ruido de aire reducido, mejor remoción de humedad, aire más caliente en el modo de bomba de calor, o similares . Cuando se incorpora un compresor de dos o varios niveles de potencia en un sistema de acondicionamiento de aire o de bomba de calor, el sistema incluye típicamente un soplador o ventilador interno. Cuando se emplea un motor de soplador ventilador de este tipo con tales compresores modulables, existe la necesidad de un sistema de control de la velocidad del motor que reduce la potencia de entrada al motor en proporción a la potencia necesaria para lograr la cantidad óptima deseada de metros cúbicos por minuto ("MCM") de flujo de aire para el modo de capacidad reducida. Por ejemplo, la capacidad del compresor en un compresor de dos niveles de potencia puede ser reducida aproximadamente en un 50%. Si el motor de evaporador soplador se mantiene a un alto nivel de MCM de salida de aire cuando la capacidad del compresor es disminuida en 50%, la capacidad del serpentín del evaporador servida por el soplador es alcanzada a un nivel de flujo de aire significativamente más bajo asociado con un 50% de la capacidad total del compresor. Puesto que una función del evaporador es transformar liquido en vapor y por consiguiente absorber calor, una vez que se alcanza la capacidad del evaporador, el calor absorbido se vuelve sensible y se absorbe calor adicional por parte del refrigerante mismo. Esto reduce la densidad molecular del refrigerante, y la eficiencia global del sistema se ve afectada. Otra función del evaporador en el modo de acondicionamiento de aire es la remoción de la humedad del aire empleado para acondicionar el espacio. Para remover la humedad, la temperatura de la superficie del evaporador debe ser menor que el punto de roció del aire que pasa sobre la superficie del evaporador. Si la salida del motor de evaporador soplador no es reducida cuando la capacidad del compresor es reducida, la temperatura de la superficie del evaporador puede rebasar el punto de roció del aire y, por consiguiente, proporcionar poca o ninguna remoción de humedad. Además de reducir la comodidad del cliente, la no remoción de la humedad del aire reduce la capacidad global del evaporador puesto que la remoción de la humedad proporciona un cambio de estado en la superficie del evaporador, esto se conoce como remoción de calor "sensible". Es deseable tener una relación calor sensible/calor total de aproximadamente .7. Cualquier relación S/T menor que este valor provocará una capacidad de evaporador reducida asi como incomodidad para el cliente. Asi, la potencia de salida del motor de evaporador soplador debe ser reducida cuando la capacidad del compresor es reducida. De preferencia, la potencia de entrada al motor de soplador debe ser reducida por el cubo de la disminución deseada de la potencia de salida de motor de soplador para corresponder a la capacidad reducida del compresor. La reducción de la velocidad del motor en un soplador o ventilador, sin embargo, presenta dificultades. Muchos fenómenos eléctricos negativos se relacionan con reductores convencionales de velocidad de motor que emplean dispositivos tales como derivación de devanado y reducción de tensión de estado sólido, es decir, modulación de forma de onda, para cambiar la velocidad de motor de inducción en respuesta a un cambio en los requerimientos de carga de enfriamiento. Un fenómeno no deseable es la reducción de eficiencia del motor, es decir, la relación potencia de salida/potencia de entrada que ocurre cuando no se alcanza el "punto de carga óptima diseñada" del motor. Este fenómeno se encuentra representado básicamente por la curva de velocidad/par de torsión/eficiencia bien conocida en la técnica de los motores eléctricos . Existe un equipo comercialmente disponible en el mercado para proporcionar una eficiencia óptima en todo el rango para motores. Dicho equipo incluye un controlador de motor o dispositivos de inversor de velocidad totalmente variable como se muestra esquemáticamente en la página 9 y se describe totalmente en la página 63 de © Warner Electric, ® SECO Electronics Installation & Operation Manual for SECO® AC Drive, SL 3000 Series AC Motor Drives, las divulgaciones de dicho material se incorporan aqui por referencia en su totalidad. Detalles adicionales y teoria de los circuitos eléctricos para inversores en general se ofrecen en las páginas 440-451 del libro titulado ELECTRICITY, Principies and Applications, por Richard Fowler, Western Washington University. McGraw-Hill Book Company, Gregg División. ISBN-0-07-021704-1, dicha publicación se incorpora aqui por referencia en su totalidad. Sin embargo, tales inversores son costosos y complejos puesto que deben proporcionar una operación de banda ancha. Tales inversores tienen típicamente un tamaño adecuado para la relación frecuencia/velocidad más alta, por ejemplo, velocidad máxima de motor y Hz. Dicho tamaño requiere de componentes que llevan carga eléctrica pesada, grandes, microprocesadores más complejos, corriente CC más pesada, y similares. Asi mismo, sus complejidades afectan negativamente su confiabilidad, especialmente como resultado del uso de largo plazo para motores cuya velocidad varia sobre un rango amplio . COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención es ofrecer un sistema de control de velocidad de motor eléctrico que no es complejo, que opera de manera confiable y que puede ser fabricado con un costo muy reducido. Un objeto adicional de la presente invención es ofrecer un control que proporciona un motor de control de dos velocidades. Otros objetos son la aplicación de tales controles a sistemas HVAC y métodos que proporcionan una mayor eficiencia o comodidad o bien ambas cosas. Un objeto preferido es la aplicación de dicho control a un motor de soplador o de ventilador, incorporado en un sistema HVAC que incluye un compresor de dos niveles de potencia. Objetos y ventajas adicionales de la invención se presentarán en parte en la descripción siguiente y en parte serán evidentes a partir de la descripción o bien puede ser determinados por la práctica de la invención. Los objetos y ventajas de la invención se realizarán y obtendrán a través de los elementos y combinaciones particularmente mencionados en las reivindicaciones anexas. De conformidad con los objetos y de conformidad con el propósito de la invención, como se incorpora y describe en términos generales aqui, una modalidad estructural de la invención se define como un sistema de control eléctrico para un motor de inducción para lograr una eficiencia óptima tanto con carga plena como con carga parcial con costos de componentes eléctricos muy reducidos mientras se optimiza la confiabilidad en el rango de carga y para lograr una potencia de salida de motor de dos niveles en forma muy simplificada. El sistema incluye un motor de inducción eléctrico, una primera fuente de potencia eléctrica en una frecuencia de operación máxima de motor, una potencia de linea de preferencia derivada de la red de energía pública general, una segunda fuente de potencia eléctrica menor que dicha frecuencia de operación máxima y un conmutador para conectar selectivamente cada una de dichas fuentes a dicho motor. La segunda fuente de energía se genera de preferencia a través de un generador de forma de onda de frecuencia reducida. La primera fuente de energía tiene de preferencia una frecuencia de aproximadamente 60 Hz, y la segunda fuente de energía tiene de preferencia una frecuencia de aproximadamente 30 Hz . En la modalidad preferida, el motor y las fuentes de. energía son todos de monofásicos. De conformidad con los objetos y de conformidad con el propósito de la invención, como se incorpora y se describe en términos generales aqui, la invención comprende además un sistema de control eléctrico para impulsar un motor de inducción a dos velocidades preseleccionadas, el sistema consiste esencialmente de un dispositivo de conmutación para conectar el motor directamente a una primera fuente de potencia eléctrica en forma de una potencia de linea y un generador de forma de onda de frecuencia conectado con la potencia de linea para desarrollar una segunda fuente de potencia eléctrica que tiene una segunda frecuencia preseleccionada diferente de la frecuencia de la potencia de linea. El dispositivo de conmutación tiene de preferencia la capacidad de conectar de manera selectiva, según los criterios preseleccionados, ya sea la potencia de linea al motor de inducción para hacer funcionar de esta forma el motor a una primera velocidad preseleccionada o bien la segunda fuente de energía al motor de inducción para hacer funcionar de esta forma el motor a una segunda velocidad preseleccionada. Esta combinación simplificada de elementos proporciona un control de dos velocidades de un motor de manera muy eficiente y económica. El motor de inducción impulsa de preferencia un desplazador de aire o compresor de un sistema HVAC, y el dispositivo de conmutación incluye de preferencia o bien es impulsado por un termostato de dos etapas. La invención comprende además un método para operar un sistema para acondicionar un espacio, el sistema incluye un compresor con un motor eléctrico, una válvula de expansión, un condensador, un desplazador de aire con motor eléctrico y un evaporador. El método incluye los pasos de detectar la condición del espacio a tratar, operar el compresor a una primera velocidad preseleccionada y fija cuando las condiciones detectadas indican que el sistema debe ser operado a una carga máxima, operando el procesador en una segunda velocidad fija preseleccionada menor que la primera velocidad cuando la condición detectada indique que el sistema debe ser operado a una carga menor, e impulsar el motor del- desplazador de aire por corriente de linea cuando el compresor opera a la primera velocidad preseleccionada y por una segunda fuente de energía fija a una frecuencia menor que la frecuencia de la corriente de linea cuando el compresor opera a la segunda velocidad preseleccionada. En este método, el compresor es de preferencia un compresor de dos etapas, el desplazador de aire es un soplador interno, la segunda fuente de energía es generada por un generador de forma de onda conectado a la potencia de linea, y un termostato de dos etapas detecta la condición del espacio. El compresor puede ser un compresor reciproco de dos etapas que tiene un número de ranuras de biela variables y un motor que opera en el devanado de funcionamiento en su primera etapa y en el devanado de arranque en su segunda etapa. Estos devanados son diseñados de preferencia para corresponder a las cargas de dos etapas del compresor, mientras se optimiza la eficiencia del motor y se minimizan los costos de energía. Se entenderá que tanto la descripción general anterior como la descripción detallada que presentamos a continuación son presentadas solamente a titulo de ejemplo y de explicación y no pretenden restringir la invención reclamada. Los dibujos anexos que se incorporan y constituyen parte de seta especificación ilustran modalidades ejemplares de la invención y juntos con la descripción sirven para explicar los principios de la invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es un esquema eléctrico de un circuito de control de motor de la presente invención. La figura 2 es un esquema eléctrico de un ejemplo de un inversor monofásico de conformidad con la presente invención. La figura 3 es un diagrama de bloques de un sistema HVAC que incluye un circuito de control de motor de conformidad con la presente invención. La figura 4 es un esquema eléctrico de un control de motor de compresor para un compresor reversible de dos etapas que puede ser empleado con un sistema HVAC de conformidad con la presente invención, que ilustra el motor del compresor funcionando en los devanados de arranque. La figura 5 es un esquema eléctrico del control de motor de compresor de la figura 4 que ilustra el motor de compresor funcionando en los devanados de funcionamiento. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS Se hará referencia ahora con detalles a las modalidades preferidas actualmente de la invención, ejemplos de las cuales se ilustran en los dibujos anexos. En la, medida de lo posible, los mismos números de referencia se emplearán en todos los dibujos para referirse a las mismas partes o a partes similares. Como se explica con detalles a continuación, la presente invención se refiere a sistemas de control y métodos para obtener una eficiencia óptima de motor tanto con carga parcial como con carga plena y para lograr una potencia de salida de motor de dos niveles en forma simplificada. En las modalidades preferidas, tales controles se aplican a componentes en un sistema de calentamiento, ventilación, y de acondicionamiento de aire (HVAC) . En aplicación, el sistema de control puede proporcionar una operación de dos etapas de motores de soplador, compresores y otros componentes de HVAC para tomar en cuenta los varios requerimientos de carga en el sistema HVAC. En una modalidad preferida, la operación del compresor y la operación del soplador son moduladas en etapas correspondientes para mejorar la eficiencia del sistema HVAC mientras se mantiene el nivel de comodidad en el espacio acondicionado. De conformidad con la presente invención, se proporciona un sistema de control para un motor de inducción para lograr una eficiencia óptima tanto con carga parcial como con carga plena a costos reducidos de componentes eléctricos y para lograr una potencia de salida de motor de dos etapas de manera simplificada. El sistema de motor incluye una primera fuente de potencia eléctrica a una frecuencia de operación máxima, una segunda fuente de potencia eléctrica a menos que la frecuencia de operación máxima y un conmutador para seleccionar selectivamente entre cada fuente del motor de inducción. Cuando el motor se encuentra conectado a la primera fuente de potencia eléctrica, el motor opera a su mayor velocidad y mayor potencia de salida. Cuando el motor se encuentra conectado a la segunda fuente de potencia eléctrica, el motor opera a una velocidad menor y a una menor potencia de salida. Una modalidad ejemplar de un control de conformidad con la presente invención se ilustra en la figura 1. Como se muestra, el motor 16 se encuentra conectado a una primera fuente de potencia eléctrica 23 con lineas de potencia 22 y a una segunda fuente de potencia eléctrica 12 con lineas de potencia 24. Un conmutador 14 conecta selectivamente el motor 16 ya sea a la primera fuente o la segunda fuente de potencia eléctrica. De preferencia, el motor es un motor de inducción monofásico. En la modalidad ejemplar, un conmutador 14 incluye un conjunto de contactos altos 18 y un conjunto de contactos bajos 20. El conmutador incluye un tipo solenoide de contactor que opera para* enganchar selectivamente ya sea los contactos altos o bien los contactos bajos. Un tipo de solenoide de contactor se encuentra comercialmente disponible fácilmente como por ejemplo en General Electric "Definite Purpose Controls" Product Information Catalogue (Catalogo de Información de Producto de "Controles para propósitos Definidos", 23 páginas, GEA - 11540B 4/87 15M 1800, dicha publicación se incorpora aqui por referencia en su totalidad. Sin embargo, se contempla que numerosos dispositivos alternativos de conmutación puedan también emplearse para conmutar la aplicación de dos fuentes de energía diferentes al motor, como será fácilmente evidente a un experto en la materia. Para operar el motor a toda su capacidad de potencia de salida, el conmutador 14 es enganchado con altos contactos 18 que conectan el motor a la primera fuente de potencia eléctrica 23. En una modalidad preferida, la primera fuente de potencia eléctrica es una potencia de linea a tensión y frecuencia convencionales. De preferencia la primera fuente de potencia eléctrica es monofásica y tiene una frecuencia dentro de un rango de aproximadamente 50 a 60 Hertz y una tensión dentro de un rango de aproximadamente 110 a 277 volts. Asi, a capacidad de potencia de salida total, el motor es impulsado por la frecuencia más alta de la corriente de linea. Para operar a la capacidad de potencia de salida parcial, el conmutador 14 es enganchado con contactos bajos 20 que conectan el motor 16 a la segunda fuente de potencia eléctrica 12 que tiene una frecuencia más baja que una primera fuente de potencia eléctrica, con o sin una tensión reducida. De preferencia, la segunda fuente de potencia eléctrica es monofásica y tiene una frecuencia dentro de un rango de aproximadamente 22 a 50 Hz . Con mayor preferencia, la segunda fuente de potencia eléctrica tiene una frecuencia dentro de un rango de aproximadamente 32 a 37 Hz . De preferencia, la segunda fuente de potencia eléctrica 12 es un generador de forma de onda de frecuencia reducida, aún cuando otros .dispositivos igualmente capaces serán fácilmente aparentes a un experto en la materia. El generador de forma de onda de frecuencia reducida puede ser un dispositivo electrónico Warner 3f SL 3000 adaptado para producir ondas sinusoidales simuladas lf. Otros generadores incluyen, por ejemplo, un generador electromecánico convencional. Los generadores aplicados en la presente invención generarán de preferencia una tensión CC a partir de la potencia de linea y después modularan esta tensión CC para generar una potencia monofásica simulada y la frecuencia y tensión deseadas. En una modalidad preferida, como se muestra en la figura 2, la segunda fuente de energía 12 es un inversor monofásico 12 interconectado a la potencia de linea 23 a través de lineas de potencia 24. Se observará que existen numeroso dispositivos capaces de generar 30 hz a partir de la linea de suministro de 60hz disponible. La siguiente descripción muestra un ejemplo de un dispositivo de este tipo. Con base en esta divulgación y con base en los principios de la invención, otras alternativas o modificaciones serán fácilmente aparentes a un experto en la materia. Como se ilustra en la figura 2, un inversor 12 incluye un rectificador 70, un filtro 72, un contralor de formas de onda 74, y un conmutador de potencia 76. El rectificador 70 rectifica la potencia de entrada a partir de la fuente de CA 23 para crear un nivel de CC pulsante caso igual al valor pico de la entrada CA. Esta potencia CC pulsante es alimentada al filtro 72 que puede capacitor relativamente grande que filtra la CC pulsante de entrada" y produce un componente de CC de alta tensión y un componente CC de baja tensión. El componente CC de baja tensión es ingresado en un controlador de forma de onda 74. El controlador de forma de onda 74 produce una señal de control para activar o apagar el conmutador de potencia 76 en momentos específicos para producir una potencia de 30 hz. Esta función puede ser efectuada a través de un procesador de señal digital (DSP) , o bien microprocesador, que ha sido programado para proporcionar la forma de onda de control de conmutador requerido. Un método para la creación de la señal de control es el uso de la modulación de ancho de impulso (PWM) . Este método emplea una "forma de onda portadora" de frecuencia relativamente alta con el objeto de producir las entradas de señal de control al conmutador de potencia 76. Las señales de control son "representantes en el tiempo" de la amplitud y frecuencia de la onda sinusoidal de potencia de salida deseada. La salida de conmutador de potencia resultante es un duplicado virtual de la forma de onda deseada cuando se aplica al motor. Otro método para crear la señal de control es el uso de un generador de onda cuadrada. Este enfoque emplea un procesador de costo más bajo para producir una señal de control de onda cuadrada que duplica la frecuencia deseada de la potencia de salida. Se contempla que otros métodos para crear la señal de control serán fácilmente aparentes a un experto en la materia. El conmutador de potencia 76 recibe la señal de control como entrada. Con base en la señal de control, el conmutador de potencia 76 es activado o apagado a horas especificas para crear una potencia de salida que tiene la frecuencia deseada, de preferencia aproximadamente 30 hz. Cuando el conmutador 14 engancha contactos bajos 20, esta salida de baja frecuencia impulsa el motor. De esta forma, el sistema de control eléctrico de la presente invención para un motor de inducción logra una eficiencia óptima tanto con carga parcial como con plena carga a un costo reducido de componentes eléctricos y logra una potencia de salida de motor de dos niveles de manera simplificada. La presente invención incluye por consiguiente un método para proporcionar un motor de inducción eléctrico de dos niveles mediante el suministro de una primera fuente de potencia eléctrica a una frecuencia de operación máxima, proporcionando una segunda fuente de potencia eléctrica a menos que dicha frecuencia de operación máxima, y proporcionan un conmutador para conectar selectivamente una u otra de dichas fuentes a dicho motor. De conformidad con la presente invención, el sistema de control de la presente invención puede aplicarse a varios sistemas HVAC para el acondicionamiento de un espacio. En una modalidad preferida, el sistema de control de la presente invención se emplea para modular la salida de un motor monofásico asociado con un componente de un sistema HVAC. Tales motores, como por ejemplo un motor para sopladores internos, ventiladores de condensador, compresores, etc., podrían operar con la potencia de linea para capacidad total (operación de alta velocidad) , y podrían ser conmutados a la potencia generada por el generador de forma de onda de frecuencia reducida para la baja capacidad (baja velocidad). El generador de forma de onda de frecuencia reducida, que es de preferencia un inversor monofásico, puede ser diseñado para proporcionar la relación tensión/frecuencia óptima para el punto de carga de motor indicado por la aplicación. Una modalidad ejemplar de un sistema HVAC para acondicionar un espacio se ilustra en la figura 3. La modalidad ilustrada es un sistema de acondicionamiento de aire, aun cuando se contempla que los sistemas y métodos divulgados aqui pueden aplicarse a cualquier sistema HVAC fácilmente aparente a un experto en la materia, incluyendo bombas de calor. El sistema HVAC incluye un compresor 42 impulsado por un motor eléctrico, una válvula de expansión, un evaporador, un desplazador de aire 32 impulsado por un motor eléctrico 36, un condensador y un ventilador externo 44. De preferencia, tanto el motor del compresor como el motor del soplador interno son dispositivos de dos niveles que pueden operar en una primera etapa y en una segunda etapa, la segunda etapa proporcionando una salida más baja y requiriendo de menos potencia que la primera etapa. Como lo sabe un experto en la materia, compresores en sistemas HVAC operan para comprimir un refrigerante. Ei compresor puede ser de cualquier tipo fácilmente aparente a un experto en la materia, incluyendo sin limitarse a ellos, un compresor espiral o un compresor giratorio similar, un compresor de tornillo o un compresor reciproco. La salida del compresor es modulada por el sistema de control HVAC que se encuentra conectado al motor impulsor del compresor. Si se emplea un compresor giratorio o de tornillo en el sistema HVAC, la salida del compresor puede ser escalonada mediante la aplicación del control de velocidad de motor de la presente invención. En una aplicación de este tipo, cuando el conmutador del sistema de control es enganchado con los altos contactos, el motor del compresor es impulsado por la corriente de linea, y por consiguiente opera a capacidad completa. Cuando el conmutador se encuentra enganchado con los contactos bajos, el compresor es impulsado por la segunda fuente de energía generada por el generador de forma de onda de frecuencia reducida y por consiguiente opera con una capacidad reducida. De esta forma, la potencia de entrada al compresor puede ser disminuida cuando las condiciones indican que el compresor requiere solamente de funcionar a carga parcial. La frecuencia relativa y la potencia de las dos fuentes de energía pueden seleccionarse para corresponder de la manera más eficiente a las condiciones de carga del sistema HVAC. Como lo sabe también un experto en la materia, un evaporador típico en un sistema HVAC incluye una serie de serpentines a través de los cuales pasa un refrigerante frió. El aire interno es desplazado sobre los serpentines por el desplazador de aire. El contacto del aire interno con los serpentines frios reduce la temperatura del aire interno. En un sistema HVAC que incorpora la presente invención, el desplazador de aire de preferencia es un soplador 32 impulsado por un motor de inducción 36 monofásico. El motor de soplador es por ejemplo, un motor del tipo disponible en Lau Industries y que tiene 60 hz, % HP y una carga de 1080 rpm. En esta modalidad preferida, el motor de soplador se encuentra conectado al sistema de control de la presente invención que a su vez es operado por el sistema de control HVAC. Como se describe arriba, el conmutador del sistema de control puede emplearse para conectar el motor de soplador a la potencia de linea para hacer funcionar el motor de soplador a capacidad total. 0 bien, el conmutador puede conectar el motor de soplador al inversor monofásico para hacer funcionar el motor de soplador a capacidad parcial. Mediante la impulsión del motor de soplador con el inversor monofásico, se puede reducir la potencia de entrada. Por ejemplo, un motor de soplador diseñado para aproximadamente una entrada de 400 watts para producir aproximadamente 1000 CFM a 0.5 IDG a carga plena podría operar a carga reducida con una entrada de aproximadamente 100 watts para producir aproximadamente 600 CFM a 37 Hz a 0.08 IDG.
De preferencia, el sistema de control modula tanto el motor de compresor como el motor de soplador en combinación, de tal manera que operan en etapas correspondientes. La salida del compresor y del motor de soplador corresponden de preferencia para proporcionar una combinación óptima de las cargas correspondientes, con un costo minimo de energía. Mediante la op'eración del motor de compresor y el motor de soplador a capacidad parcial cuando la condición del espacio lo indica así, la eficiencia global del sistema HVAC puede ser mejorada. De preferencia, el sistema de control modula también la operación del ventilador del condensador externo para operar en etapas que corresponden al motor de soplador y compresor. El sistema HVAC puede ser controlado por una amplia variedad de termostatos. En una modalidad preferida y como se ilustra en la figura 3, un termostato 34 de dos niveles se coloca dentro del espacio acondicionada para detectar la condición del espacio. Varios termostatos están disponibles, el termostato puede ser, por ejemplo u termostato del tipo disponible en WHITE-ROGERS DIVISIÓN of Emerson Electric Co . , y descrito con detalles en el folleto INSTRUCTIONS de 4 páginas, parte número 37-3421, dicha publicación se incorpora aquí por referencia en su totalidad. El termostato 34 se encuentra conectado a las unidades de control 38, 40 cada una de las cuales contiene conmutadores 14. Las unidades de control 38, 40 rigen la posición del conmutador respectivo y, por consiguiente, la capacidad de operación del sistema HVAC, con base en la condición del espacio detectado por el termostato 34. Si la condición detectada indica que el sistema de que operara a capacidad total, el conmutador es desplazado para enganchas los contactos altos. De manera similar, si la condición detecta que el sistema debe operar a capacidad parcial, el conmutador es desplazado para enganchar los contactos bajos. El método de la presente invención cuando se aplica a un sistema HVAC ejemplar incluye por consiguiente los pasos de detectar la condición del espacio a tratar, operar el compresor a una primera velocidad preseleccionada y fija cuando la condición detectada indica que el sistema debe operar a una carga máxima, operar el compresor a una segunda velocidad preseleccionada y fija, menor que la velocidad fija, cuando la condición detectada indica que el sistema debe operar en una carga menor, e impulsar el motor del desplazador de aire por corriente de linea cuando el compresor opera ala primera velocidad preseleccionada y por la segunda fuente de energía fija a una frecuencia menor que la frecuencia de la corriente de linea, cuando el compresor opera a la segunda velocidad preseleccionada. En la modalidad más preferida, el compresor 42 es un compresor reversible de dos niveles que gira en una dirección hacia delante a la primera velocidad preseleccionada y que opera en la dirección reversa a la segunda velocidad preseleccionada. Tales compresores se describen generalmente en las Patentes Norteamericanas Nos. 4,479,419; 4,494,447; y 4,245,966, que se incorporan aquí por referencia. Con relación a estas Patentes, la chumacera de pasador de biela es compleja y comprende una chumacera interna y una o varias chumaceras excéntricas externas, la chumacera interna es la cara externa del árbol de pasador de biela y la(s) chumacera (s) externas (s) se conoce (n) como "levas o anillos excéntricos" en estas patentes, y se monta o apila de manera giratoria en dicha chumacera interna. El cojinete de la varilla de conexión se monta de manera giratoria sobre la cara externa de la chumacera más externa. Modalidades preferidas de estos compresores se describen con mayores detalles en la Solicitud pendiente número de serie 08/911,481, presentada el día 14 de Agosto de 1998, para Adjustable Crankpin Throw Structure Having Improved Throw Stabilizing Means (Estructura de ranuras de Pasador de Biela Ajustable que tiene Dispositivos Mejorados de Estabilización de Ranuras) y la Solicitud número de serie para Two
Stage Reciprocating Co pressors and Associated HVAC Systems and Methods (Compresores Reciprocantes de Dos niveles y Sistemas HVAC Asociados y Métodos) , presentadas concurrentemente con esta solicitud.
En esta modalidad, y como se ilustra en las figuras 4 y 5, el compresor 48 incluye un motor que tiene un devanado de arranque 54 y un devanado de funcionamiento 52' . Un protector de motor 50 puede estar interconectado entre los devanados 52, 54 y la fuente de energía para proporcionar protección al motor del compresor. Un capacitor de funcionamiento 62, un conmutador alta de motor 60, y un conmutador bajo de motor 58 están también interconectados en el circuito de control. El motor es operado en devanados de funcionamiento 52 cuando gira en una dirección y es operado en los devanados de arranque 54 cuando gira en la dirección opuesta. Los devanados se seleccionan de tal manera que el motor opere en una primera carga asociada con la carga máxima del compresor cuando opera en la dirección hacia delante y a una segunda carga reducida, otra vez correspondiente a la carga reducida del compresor, cuando se invierte. Las líneas de potencia 22 pasan a través de la terminal común (C) que lleva al protector de motor 50. Como se muestra en la figura 4, después de salir del protector de motor, el flujo de corriente se divide, como se ilustra por medio de las flechas 56, pasando tanto a través de los devanados de arranque 54 como a través de los devanados principales 52, es decir, devanados de funcionamiento cuando el conmutador alto de motor 60 se encuentra en estado cerrado. En esta etapa, el motor empleará el devanado de funcionamiento 52 como devanado principal y colocará el capacitor de funcionamiento 62 en serie con el devanado de arranque 54, obteniendo una rotación estándar del motor con dos pistones totalmente activos. Los contactos en la modalidad preferida son conmutadores de polo único, que son económicos y fácilmente disponibles. Como se muestra en la figura 5, el conmutador alto de motor 60 es abierto y el conmutador bajo de motor 58 cerrado para que el motor de compresión funcione en reversa. El motor empleará entonces devanados de arranque 54 como los devanados principales. Esta posición del conmutador coloca el capacitor de funcionamiento 62 en serie con los devanados de funcionamiento 52. La colocación del capacitor de funcionamiento 62 en este modo facilitan tanto los cambios de rotación del motor como mecánicos y reduce simultáneamente la fuerza del motor para corresponder a la corrida resultantes reducida o eliminada del pistón, lo que optimiza la eficiencia del motor paras la carga reducida. En dirección de motor reversa, un retardo de conmutación de los conmutadores de control de motor puede ser introducido en el sistema para permitir la igualación del sistema, o bien se puede emplear un conjunto de elementos de arranque duros para permitir que el motor se invierta contra la carga. Por lo menos un pequeño retardo, de algunos segundos hasta un minuto o dos, se requiere antes de la inversión de la dirección del motor.
Los devanados del motor se diseñan de preferencia para cumplir con los < requerimientos de potencia y velocidad de la aplicación del motor de compresor con el objeto de proporcionar de esta forma la mejor correspondencia entre potencia y eficiencia para el compresor (o bien otro dispositivo) cuando opera a carga plena y a carga baja. De preferencia, un motor para un compresor dado se encuentra diseñado para corresponder a la capacidad de carga plena del compresor cuando gira en la dirección hacia delante y la capacidad de carga parcial cuando gira en la dirección opuesta. De preferencia, el motor opera a la misma velocidad en ambas direcciones hacia a delante y hacia atrás. En un sistema HVAC que incorpora este compresor reversible en dos niveles preferidas con la unidad de soplador, el sistema de control HVAC opera para conectar el motor de soplador a la potencia de línea cuando el compresor esta operando a carga plena y para conectar el motor de soplador al inversor monofásico cuando el compresor esta operando a carga parcial. Provoca de manera similar que el motor de compresor opere en los devanados de funcionamiento en la primera etapa y en los devanados de arranque en la segunda etapa. Un termostato de dos niveles puede emplearse para controlar los motores de soplador y compresor. Los sistemas HVAC resultantes (ya sea sistemas de acondicionamiento de aire solos o bien sistemas de bomba de calor) proporcionan una operación de compresor silenciosa asi como una operación de soplador interno más silenciosas durante la mayoría del tiempo cuando se requieren cargas más bajas, con un costo reducido de componentes eléctricos y un consumo reducido de energía. Otras modalidades de la invención serán aparentes a los expertos en la materia a partir de la consideración de la especificación y partir de la práctica de la presente invención. La especificación y los ejemplos deben considerarse como ejemplares solamente, y el espíritu y alcance verdaderos de la invención se indican en las reivindicaciones ^siguientes.