PT1841055E - Dispositivo de arranque sem contacto de mútua inductância - Google Patents

Description

ΡΕ1841055 - 1 -

DESCRIÇÃO

"DISPOSITIVO DE ARRANQUE SEM CONTACTO DE MÚTUA INDUCTÂNCIA" CAMPO TÉCNICO A presente invenção diz respeito a dispositivos de arranque sem contacto indutivo concebidos principalmente para o arranque de um motor de compressor com um condensador de arranque ou um motor AC de fase única comum.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os motores AC (corrente alternada) de fase única normalmente compreendem um rotor e estator composto de enrolamentos primário e secundário. 0 enrolamento secundário não é apenas utilizado para o arranque do motor mas também para trabalhar durante o funcionamento normal do motor. Portanto, o circuito completo do enrolamento secundário de um motor AC de fase única pode ser representado com um circuito de funcionamento do enrolamento secundário e um circuito de arranque do enrolamento secundário em "shunt" (derivação) um com o outro. Um motor que não tem a parte de circuito de funcionamento de enrolamento secundário, no qual o enrolamento secundário não trabalha durante o funcionamento normal do motor. Assim, neste tipo de motor, a parte do circuito do enrolamento secundário só funciona no arranque -2- ΡΕ1841055 do motor e tem de ser desconectada depois do arranque do motor. Em motores convencionais, a desconexão do circuito de arranque do enrolamento secundário é normalmente implementada com um componente de Coeficiente Positivo de Temperatura (PTC). Quando o motor arranca, o circuito de arranque trabalha, e a corrente de arranque no enrolamento secundário flui através do componente PTC, fazendo com que a componente PTC faça a geração de calor e assim a resistência aumenta rapidamente, e por fim desconecta o circuito de arranque. Durante o funcionamento normal do motor, para manter a resistência térmica do componente de PTC e por conseguinte impedir o circuito de arranque do motor de actuar, existe uma pequena corrente que passa persistentemente através do componente de PTC. A perda de potência para a manutenção da produção de calor no componente PTC é geralmente de cerca de 3W. Uma vez que esses motores são amplamente utilizados, a perda de calor resulta num desperdício grave de energia elétrica.

No pedido de patente da China CN1052228A, é divulgado um circuito electrónico para o arranque de motores indutivos de fase única. Através da utilização de um triac que abre o acesso (gate-on) no estado normal e fecha o acesso (gate-off) por temporizador no circuito de arranque do motor e circuitos associados de abertura e fecho de acesso, a comutação do circuito de arranque do motor é implementada a partir de fecho com a energia ligada para abertura por desfasamento de tempo, e desse modo é implementado o arranque do motor. No entanto, para a -3- ΡΕ1841055 fiabilidade no caso típico de aplicação, onde o motor tem de arrancar intermitentemente e frequentemente durante o funcionamento por duração prolongada, a quantidade de componentes discretos empregues no circuito tem uma procura extremamente elevada, e isso reduz em grande medida a fiabilidade do circuito de arranque; especialmente, a corrente de trabalho de vários miliampères passa através dos componentes de resistência utilizados no circuito de abertura de porta (gate-on) e em vários transístores utilizados no circuito de fecho de porta (gate-off) com desfasamento de tempo. Além disso, todo o circuito electrónico funciona no complexo circuito de funcionamento do motor e não está isolado eficazmente do complexo envolvimento eléctrico. Como um resultado, e dado que todo o sistema de circuito de correntes fracas não é bem protegido, são transportados os efeitos adversos graves em fiabilidade, para todo o sistema do motor. Adiccionalmente, o triac utilizado no circuito requer a redefinição do temporizador antes de o circuito de arranque do motor ser fechado, isto é, o circuito do temporizador deve ter um corte de potência para que o condensador do temporizador descarregue por um determinado período de tempo antes que o triac possa novamente fazer o fecho de porta depois de um retardamento. Caso contrário o triac estará sempre no estado de fecho de porta enquanto houver corrente nos circuitos de abertura de porta/fecho de porta com desfasamento de tempo, impedindo assim a comutação do motor do estado de não funcionamento em baixa corrente para o estado de arranque. -4- ΡΕ1841055 A invenção divulgada no Documento de Patente do Japão JP10094279 utiliza o principio de que a corrente num motor durante o arranque é diferente da corrente utilizada em funcionamento normal e utiliza uma resistência de detecção de corrente no circuito principal do motor para converter o sinal de corrente do circuito principal (corrente total no motor) num sinal de tensão. Adicionalmente, a invenção utiliza um "dispositivo de ajustamento de corrente de referência" e um "circuito de comparação de corrente" para comparar o sinal de corrente do circuito principal com o valor pré-definido de corrente, e utiliza o resultado da comparação para controlar a abertura de porta/fecho de porta do triac conectado no circuito de arranque do motor, e assim alcançar o objectivo de controlo de abertura/fecho do circuito de arranque. No entanto, a resistência utilizada no circuito modela o sinal de corrente no circuito principal do motor para um sinal de tensão. Uma vez que a resistência é um componente resistivo puro e a corrente no circuito principal do motor está geralmente ao nivel de ampère ou perto do nivel de amperè, a resistência causará perda de calor ao nivel de watt ou perto do nivel de watt durante todo o processo de funcionamento do motor. Embora o circuito possa fazer o arranque do motor, o ratio de utilização de energia degrada-se gravemente. Para além disso, o circuito utiliza circuitos auxiliares tais como "dispositivo de ajustamento de corrente de referência" e "circuito de comparação", todos os quais degradam num certo grau a fiabilidade da função de arranque do motor. -5- ΡΕ1841055

Ainda outros dispositivos de arranque sem contacto de acordo com o estado da tecnologia são divulgados nos documentos de patente US-A-4.574.229 e US-A-4.307.327

SUMÁRIO DAS INVENÇÕES

Um objectivo de pelo menos algumas das presentes invenções é proporcionar um dispositivo de arranque sem contacto indutivo para um motor AC de fase única, caracterizados pela elevada fiabilidade e a baixa perda de potência.

Assim, de acordo com um modelo de realização, pode ser proporcionado um dispositivo de arranque sem contacto indutivo para um motor AC de fase única. O motor pode compreender um estator composto por, pelo menos, um enrolamento primário e um enrolamento secundário. Entre os terminais de saída dos enrolamentos, primário e secundário, pode ser conectado um condensador, C, que funciona permanentemente.

Os dispositivos de arranque sem contacto indutivo da presente invenção compreendem as características divulgadas na reivindicação 1. As preferências são divulgadas nas reivindicações dependentes 2 e 3.

Pela amostragem com sinais relevantes de corrente, da corrente de inductor mútuo, o dispositivo de -6- ΡΕ1841055 arranque pode efectivamente controlar a perda de calor do sistema de interrupção de corrente a baixar para o nivel dos miliwatt (ou seja, o dispositivo de arranque é um dispositivo de arranque de "perda de potência zero" para motor AC de fase única) e assim, melhora grandemente a eficiência de energia. Para além disso, o dispositivo de arranque tem um circuito simples e com muito poucos componentes, e que é confiável, melhorando a confiabilidade do sistema de arranque do motor, enquanto na disponibilização da função de arranque do motor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As características acima mencionadas e outras das invenções aqui divulgadas são descritas abaixo com referência aos desenhos dos modelos de realização preferidos. Os modelos ilustrados destinam-se a mostrar, mas não a limitar as invenções. Os desenhos contêm as seguintes figuras: A Fig. 1 é um diagrama eléctrico esquemático de um circuito de um dispositivo de arranque construído de acordo com um primeiro modelo de realização; e A Fig. 2 é um diagrama eléctrico esquemático de um segundo modelo de realização;

DESCRIÇÃO DOS MODELOS DE REALIZAÇÃO PREFERIDOS -7- ΡΕ1841055

Diversos modelos de realização de um dispositivo de arranque sem contacto indutivo para motor de AC de fase única são mostrados pela secção poligonal em linha a tracejado nos desenhos anexos, estando um motor MD associado representado por um círculo em linha a tracejado.

Como mostrado na Fig. 1, um terminal de um condensador Cs de arranque de um motor pode ser conectado a um terminal de uma resistência Rt de PTC. 0 outro terminal do condensador Cs de arranque do motor pode ser conectado a um condensador C de arranque do motor, a um terminal de uma segunda bobina L3 do primário, a um terminal de um condensador porta Co, e ao terminal de saída M de um enrolamento primário do motor MD.

Um triac T pode incluir um primeiro eléctrodo Al, um segundo eléctrodo A2, e um eléctrodo de porta G. 0 triac T pode ser incorporado dentro do circuito de arranque com a orientação ilustrada nas Figs. 1 e 2.

Como mostrado na Fig. 2, em alguns modelos de realização, um terminal do condensador Cs de arranque do motor pode ser conectado a um terminal da resistência Rt de PTC. 0 outro terminal do condensador Cs de arranque do motor pode ser conectado ao terminal de entrada de alimentação A, a um terminal do condensador porta Co, e a um terminal da segunda bobina L3 do primário. -8- ΡΕ1841055

Em todos os modelos de realização acima referidos, o terminal de saida Z combinado dos enrolamentos primário e secundário do motor MD pode ser conectado ao terminal de entrada de alimentação B.

Além disso, nos modelos de realização acima, é especifica a variação de corrente na bobina Ll do primário do inductor mútuo L de corrente, e é especifica a relação de fase entre essa corrente e a corrente do circuito de arranque do motor, dependendo do motor MD. Ao escolher-se como mais apropriada, a partir dos modelos de realização acima, a relação de fase entre a corrente de passagem na bobina L2 do secundário do inductor mútuo L de corrente e a corrente no circuito de arranque do motor pode ser óptima, e pode ser obtida uma caracteristica de variação de corrente óptima, de modo a accionar o triac T, o qual pode estar conectado em série no circuito de arranque do motor.

Ao escolher-se um inductor mútuo L de corrente com os parâmetros apropriados, o triac T pode ser accionado durante o arranque do motor, mas que não será accionado durante o funcionamento normal do motor MD, por conseguinte o circuito de arranque do motor pode ser controlado para apenas trabalhar durante o arranque do motor. 0 inductor mútuo L de corrente no circuito pode ser escolhido e ajustado pela escolha do número de enrolamentos de bobinas do primário e do secundário Ll, L2 e de um núcleo de ferro ou de um núcleo magnético com o desempenho especifico conforme apropriado. -9- ΡΕ1841055

Após decorrido um curto período de tempo o rotor do motor começa a ganhar velocidade, o motor MD pode garantir que o triac T comuta do estado abertura de porta para o estado de fecho de porta, isto é, de modo a desligar o circuito de arranque e efectuar o arranque do motor, a corrente de saída do inductor mútuo L de corrente deve cair automaticamente para um nível em que o triac T não possa ser accionado.

Tal como mostrado nos desenhos, no momento em que o motor MD começa a arrancar, a corrente de arranque no enrolamento primário do motor MD é alta, mas a corrente no enrolamento secundário do motor DM é baixa. A corrente de saída do inductor mútuo L de corrente acciona o triac T sob o domínio da segunda bobina L3 do primário, e, por conseguinte o circuito de arranque começa a trabalhar, fazendo com que a corrente no enrolamento secundário do motor MD aumente rapidamente e a contribuição de corrente a partir da primeira bobina LI do primário do inductor mútuo L de corrente para a corrente de saída do enrolamento secundário assuma o papel dominante. À medida que a corrente de saída da bobina L2 do secundário do inductor mútuo L de corrente aumenta rapidamente, acciona o triac T no circuito de arranque, o que faz com que o circuito de arranque entre num estado de trabalho. À medida que a corrente de arranque alta do enrolamento secundário do motor MD passa através da resistência Rt de PTC no circuito do arranque, a resistência Rt de PTC gera calor rapidamente e por conseguinte aumenta rapidamente a resistência. Quando - 10- ΡΕ1841055 a temperatura na resistência Rt de PTC chega ao seu ponto de Passagem, a resistência atinge o valor máximo, o que pode ser o bastante para desconectar o circuito de arranque do motor. Agora, o motor MD entra em estado de funcionamento normal. Depois disso, tal como regulado pelo principio supracitado para selecção e ajuste do inductor mútuo L de corrente, a corrente de saída da bobina L2 do secundário do inductor de corrente não pode accionar o triac T. Portanto, o circuito de arranque do motor é completamente desconectado, e a resistência Rt de PTC perde corrente e por conseguinte a sua temperatura começa a cair. Quando a temperatura na resistência Rt de PTC cai para um valor próximo da temperatura no ambiente de trabalho, é impossível para o triac T no circuito de arranque ser accionado pela corrente de saída da bobina L2 no secundário do inductor de corrente L, uma vez que o motor está no seu estado de funcionamento normal. Como resultado, não há passagem de corrente através da resistência Rt de PTC, e por conseguinte a resistência Rt de PTC não irá gerar calor antes que o motor MD pare e recomece; desta forma, o circuito de arranque do motor irá manter-se nesse estado, até que pare o motor.

Claims (3)

1. ΡΕ1841055 - 1 - REIVINDICAÇÕES 1. Um dispositivo de arranque sem conctato indutivo para motor (MD) AC de fase única, o motor (MD), que compreende um estator constituído por, pelo menos, um enrolamento primário e um enrolamento secundário, e um condensador (C) que funciona de forma permanente, - o dispositivo de arranque sem conctato indutivo compreendendo um inductor mútuo de corrente (L), constituído por duas bobinas no primário (Ll, L3) e uma bobina no secundário (L2), um condensador porta (C0) , um triac (T), um condensador de arranque de motor (Cs), e uma resistência (Rt) de PTC, em que um primeiro terminal da bobina do secundário (L2) do inductor mútuo (L) está conectado a um eléctrodo de porta (G) do triac (T), em que um segundo terminal da bobina do secundário (L2), está conectado a um primeiro eléctrodo (Al) do triac T, a um primeiro terminal do condensador de funcionamento de motor (C) , e a um primeiro terminal da primeira bobina do primário (Ll) do inductor mútuo (L), - em que um segundo terminal da primeira bobina do primário (Ll) do inductor mútuo (L) estando conectado a um terminal de saída (S) do enrolamento secundário do motor (MD) , - em que um primeiro terminal da segunda bobina do primário (L3) do inductor mútuo (L) estando conectado a -2- ΡΕ1841055 um primeiro terminal de entrada de energia (A) e a um primeiro terminal do condensador porta (C0) , - em que um segundo terminal da segunda bobina do primário (L3) do inductor de corrente (L) estando conectado a um terminal de saida (M) do enrolamento primário do motor (MD), a um segundo terminal do condensador de funcionamento do motor (C) , e a um segundo terminal do condensador porta (C0) , - em que um primeiro terminal da resistência (Rt) de PTC está conectado a um segundo eléctrodo (A2) do triac (T) , - em que um segundo terminal da resistência de PTC sendo conectado a um primeiro terminal de um condensador de arranque do motor (Cs).
2. 2. 0 dispositivo de arranque sem contacto indutivo da reivindicação 1, em que um segundo terminal do condensador de arranque do motor (Cs) sendo conectado ao segundo terminal do condensador de funcionamento do motor (C), ao terminal de saida (M) do enrolamento primário do motor (MD) , e ao segundo terminal do condensador porta (Co) .
3. 3. 0 dispositivo de arranque sem contacto indutivo da reivindicação 1, em que um segundo terminal do condensador de arranque do motor (Cs), sendo conectado ao primeiro terminal do condensador porta (Co) , ao primeiro terminal da segunda bobina do primário (L3) do inductor mútuo de -3- ΡΕ1841055 corrente (L) , e ao primeiro terminal de entrada de energia (A) . Lisboa, 24 de Julho de 2013