PT2008162E - Grupo de bombas centrífugas com dispositivo de comutação - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

GRUPO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS COM DISPOSITIVO DE COMUTAÇÃO A invenção refere-se a uma grupo de bombas centrífugas, constituído por uma bomba e um motor de acionamento, com um dispositivo de comutação, sendo que o dispositivo de comutação está equipado com um conector para uma primeira rede de tensão com frequência fixa e faz funcionar o motor de acionamento na primeira rede de tensão a uma velocidade de rotação fixa, com a ajuda de um meio de comutação comandado por um microcomputador, na medida em que, durante a operação a uma velocidade de rotação fixa, o meio de comutação liga o motor de acionamento ao conector para a primeira rede de tensão.

Em Kõhler, B.; Mewes, F.: "Mechatronisches Pumpensystem mit intelligenten integrierten Antrieben", publicado em "Konstruktion", Tomo 6-2000, páginas 27-29, consta um arranjo de grupos de bombas centrífugas com sistemas de acionamento integrados e com velocidade de rotação regulada.

Cada grupo de bombas centrífugas é constituído por uma bomba centrífuga e um acionamento integral com velocidade de rotação regulada. 0 acionamento integral é constituído por um motor assíncrono e um conversor de frequência montado com regulação eletrónica. A DE 198 42 565 Al descreve um arranjo de bombas para a regulação da pressão, com pelo menos duas bombas 2 centrífugas ligadas em paralelo e destinadas ao transporte de quantidades variáveis de líquidos em sistemas de tubagem.

Aquando da activação ou desactivação de uma ou várias bombas de caudal variável, um sistema central de microprocessores determina o comportamento de regulação do sistema de tubagem e procede, dentro de limites predefinidos, a uma adaptação automática dos parâmetros de regulação.

Da US-A-5 540 555 é conhecido um sistema de regulação da pressão comandado à distância que se destina a consumidores variáveis.

Duas bombas secundárias com velocidade de rotação variável e ligadas em paralelo proporcionam aos consumidores localizados em diversas áreas de um sistema hidráulico a pressão e o débito necessários.

Diversos sensores de pressão registam a pressão nas diversas áreas do sistema hidráulico e a pressão de alimentação.

No catálogo online "Sirius Motormanagement", Siemens, Abril 2005, páginas 3/1 a 3/26 são descritos aparelhos de comutação da série Simocode.

Diversos módulos de aparelho concebidos em forma de módulos de calha de montagem permitem configurar num armário de distribuição vários sistemas de gestão de motores destinados a motores com velocidade de rotação constante. 3

Como componentes básicos existem dois aparelhos básicos que através de cabos de ligação podem ser ligados a outros módulos de controlo ou operação, o que é relativamente complicado em termos de cablagem.

[A US-A-4 566 289 publica um sistema de regulação para um frigorifico.

Uma unidade constituída por um compressor e um motor de acionamento do frigorífico são operados com uma tensão de rede normal.

Num modo de operação de congelação rápida, a unidade de compressor e motor de acionamento é alimentada através de um circuito inversor a fim de tornar a capacidade de congelação do frigorífico variável.

No modo de operação normal, a unidade de compressor e motor de acionamento é alimentada diretamente com tensão da rede.

Da DE-A-27 56 916 é conhecido um grupo de bombas centrífugas deste género e um arranjo de grupos de bombas centrífugas operadas em paralelo.

Tais arranjos de grupos de bombas centrífugas encontram-se nos diversos sistemas de tubagem em que se pretende manter uma determinada pressão.

Uma bomba centrífuga individual com velocidade de rotação variável é responsável, enquanto bomba reguladora e juntamente com um regulador PID linear e um conversor de frequência, pela manutenção de uma determinada pressão. 4

Em caso de alteração da necessidade de débito, verificada fora da área de potência desta bomba reguladora com velocidade de rotação variável, são ligadas bombas adicionais quando a pressão não é atingida e desligadas quando a pressão é ultrapassada.

Estas funcionam com uma velocidade de rotação constante e perante condições de pressão iguais fornecem uma quantidade constante.

As bombas adicionais, com velocidade de rotação fixa, apresentam uma estrutura mais simples do que uma bomba reguladora com velocidade de rotação regulada e um motor de acionamento especial, o qual tem de ser ligado a um mecanismo de comando e um regulador complexo.

Para estes arranjos de várias bombas, um fabricante coloca à disposição grupos de bombas centrífugas com estruturas diferentes.

Além disso, tais arranjos necessitam de um trabalho de cablagem eléctrica bastante complicado para ligar com segurança vários grupos de bombas centrífugas e de integrá-los de modo fiável num sistema de regulação complexo.

Uma outra desvantagem deste arranjo é a sua dependência do microcomputador central; em caso de falha deste, todo o arranjo das várias bombas seria afectado. A invenção baseia-se no problema de desenvolver um grupo de bombas centrífugas que opcionalmente possa ser usado como grupo de bombas centrífugas com velocidade de 5 rotação fixa ou velocidade de rotação regulada, que possa ser operado individualmente ou numa instalação de várias bombas com pouca cablagem e que, a par de uma extensibilidade flexível, apoia uma operação à prova de falhas. A solução deste problema prevê que o microcomputador esteja integrado no dispositivo de comutação, e que o dispositivo de comutação esteja equipado, com pelo menos, uma entrada de sinal e conectores para, pelo menos, um sistema de barramento em série, e que o microcomputador esteja ligado à entrada de sinal e aos conectores do sistema de barramento e que no motor de acionamento e/ou no dispositivo de comutação esteja ligado ao microcomputador e aos conectores do sistema de barramento, um meio condutor dos sinais de barramento, e que o dispositivo de comutação esteja equipado com um conector para uma segunda rede de tensão diferente da primeira rede de tensão e com um meio de comutação adicional comandado pelo microcomputador, sendo que o meio de comutação adicional esteja ligado ao conector para a segunda rede de tensão e que os meios de comutação possam ser comutados em separado e comutem o fluxo de corrente para o conector do motor de acionamento e/ou o motor de acionamento de modo que o conector do motor de acionamento e/ou o motor de acionamento possa ser ligado ou desligado opcionalmente do conector para a primeira rede de tensão e/ou do conector para a segunda rede de tensão.

Uma tal estrutura estandardizada do motor de acionamento com meios de comutação e microcomputador integrados e a possibilidade de ligação a um sistema de barramento em 6 série alarga o campo de utilização dos grupos de bombas centrífugas assim equipados, ao mesmo tempo que é reduzido o trabalho de instalação; e devido ao facto de o dispositivo de comutação ser equipado com um conector para uma segunda rede de tensão, um tal grupo de bombas centrífugas pode ser ligado a diferentes redes de tensão. 0 arranjo dos meios de comutação no motor de acionamento poupa espaço no armário de distribuição, e graças ao microcomputador integrado, é evitada a dependência de uma unidade de comando central superior, o que aumenta a segurança contra falhas de tal grupo de bombas centrífugas.

Segundo a invenção, os meios de comutação comutam o motor de acionamento entre diferentes redes de tensão ou entre redes de tensão com frequência fixa ou variável. Com a comutação para uma rede de tensão alternativa, o funcionamento do grupo de bombas centrífugas é garantido mesmo em caso de falha de uma das redes de tensão.

Revelou-se vantajoso ligar o conector do dispositivo de comutação para uma segunda rede de tensão a um conversor de frequência, comutar entre as redes de tensão com dois meios de comutação e ligar o microcomputador através do sistema de barramento ao conversor de frequência ou a um dispositivo de regulação.

Em caso de utilização de um meio de comutação, que também possa funcionar como um comutador-inversor, só é possível a comutação direta. 7

Com dois meios de comutação o decurso temporal do processo de comutação pode ser adaptado individualmente à respetiva situação através do microcomputador.

Um pedido de ligar ou desligar um grupo de bombas centrífugas ou também um pedido de comutação entre diversas redes de tensão pode ser transmitido, por um conversor de frequência ou um dispositivo de regulação, ao dispositivo de comutação do grupo de bombas centrífugas, através do sistema de barramento.

Uma vantagem resulta do facto de, em caso de falha do conversor de frequência, ou também em caso de erro na ligação do sistema de barramento, o microcomputador do grupo de bombas centrífugas poder comutar para uma rede de tensão de frequência fixa.

Um tal estado de operação que contorna o conversor de frequência chama-se também operação em bypass.

Uma conceção alternativa prevê que, ao conector do motor de acionamento, seja ligado o conversor de frequência e que, o motor de acionamento e um outro motor de acionamento, sejam ligados aos conectores para uma primeira e uma segunda rede de tensão.

Deste modo, a um dispositivo de comutação podem ser ligados dois motores de acionamento.

Conforme as necessidades da instalação, os motores de acionamento podem ser ligados individualmente à tensão do conversor de frequência. 8

Segundo um outro tipo de concepção, o dispositivo de comutação possui meios para o registo e/ou o armazenamento de valores da corrente do motor, da tensão do motor e/ou do fator de potência.

Este registo das características completas permite uma monitorização adicional do motor.

Além disso, está previsto que o dispositivo de comutação apresente meios para funções de monitorização e/ou diagnóstico.

Deste modo podem ser registadas, determinadas e monitorizadas, diversas grandezas relevantes para a bomba e/ou o acionamento.

Para além disso, o dispositivo de comutação pode apresentar meios de operação/entrada e/ou meios de indicação/saída.

Como exemplos para meios de operação/entrada podem ser mencionados teclas de entrada, interruptores DIP, entradas de sinal, como exemplos para meios de indicação/saída LEDs de várias cores, saídas de sinal e relé.

Num arranjo de várias bombas, o sistema de barramento estabelece, de forma vantajosa, a ligação entre os dispositivos de comutação de cada motor de arranque, fazendo com que os microcomputadores estejam em situação de interação. 9

De preferência, um dos dispositivos de comutaçao é concebido como dispositivo de comutação prioritário.

Assim, os grupos de bombas centrífugas podem ser arranjados flexivelmente, de modo a formarem uma instalação de várias bombas como, por exemplo, uma instalação de aumento da pressão na qual, as bombas, comandadas pelo dispositivo de comutação prioritário, são ligadas ou desligadas, conforme seja necessário.

Os dispositivos de comutação estão equipados com meios para a passagem de uma ou várias tensões.

Assim, numa instalação de várias bombas, uma tensão tal como a tensão de uma rede de tensão com frequência fixa ou variável pode ser transmitida de dispositivo de comutação para dispositivo de comutação.

Outros tipos de concepção prevêem que os dispositivos de comutação estejam equipados com meios fixos ou comutáveis para a passagem de uma tensão do conversor de frequência e/ou que um meio de comutação ligue o fluxo de corrente da tensão do conversor de frequência a um motor de acionamento ou o desligue deste.

Isto permite a configuração de um arranjo de várias bombas com atribuição temporária da tensão do conversor de frequência aos diversos motores de acionamento individuais que assim são ligados ou desligados com a velocidade de rotação regulada, permitindo ao mesmo tempo também cabos de ligação de comprimento reduzido. 10

De acordo com um determinado tipo de concepção, uma unidade de sincronização determina, entre duas redes de tensão com frequência fixa e/ou variável, as respetivas relações de fase e as frequências, e no caso de as relações de fase e as frequências serem iguais, um sinal de sincronização passa para um microcomputador e comuta um grupo de bombas centrífugas.

Deste modo, pode ser feita a comutação de uma rede de tensão para uma outra rede de tensão sendo evitada a formação indesejada de golpes de aríete ou pulsações no sistema de tubagens.

Para reduzir ainda mais as despesas de instalação, num arranjo de várias bombas encontra-se, entre o conversor de frequência e um primeiro dispositivo de comutação, uma unidade de distribuição de frequência fixa com meios para a passagem de uma tensão do conversor de frequência.

Uma tal unidade de distribuição de frequência fixa é equipada, por exemplo, com uma ou várias entradas e saídas para uma rede de tensão de frequência fixa, uma entrada e saida para uma rede de tensão de frequência variável e uma ou várias saídas para sinais de comutação ou medição.

Os meios para a passagem da tensão no conversor de frequência podem ser equipados com elementos de estrangulamento que permitam a redução das variações da corrente no conversor de frequência. 11

Uma unidade de sincronização pode existir no dispositivo de comutação ou na unidade de distribuição de frequência fixa.

No caso da disposição com uma unidade de distribuição de frequência fixa, a existência de uma unidade de sincronização destina-se efectivamente à comutação sincronizada da rede de tensão para todos os grupos de bombas centrífugas.

Além disso, um dispositivo de comutação pode apresentar meios para o comando de um conversor de frequência.

Assim, um dispositivo de comutação prioritário pode comandar o arranque, a paragem e/ou a frequência de um conversor de frequência.

Um processo favorável para a operação de um grupo de bombas centrífugas segundo a presente invenção prevê que o microcomputador de um dispositivo de comutação avalie um ou vários sinais de entrada e comande a ligação ou desligação do grupo de bombas centrífugas. 0 microcomputador também pode comandar a mudança de uma rede de tensão ligada ao motor de acionamento para uma outra rede de tensão.

Além disso, propõe-se que o microcomputador comande, com os sinais de um conversor de frequência, a operação de um ou vários grupos de bombas centrífugas.

Alternativamente propõe-se que o microcomputador comande um conversor de frequência. 12

Além disso, está previsto que o dispositivo de comutação disponibilize funções de monitorização e/ou diagnóstico relevantes para a bomba e/ou o seu acionamento. 0 microcomputador tem capacidade para registar, processar e armazenar valores de medição.

No caso das aplicações que necessitam da monitorização da potência dos motores de acionamento, um processo, segundo o qual, o microcomputador procede ao registo monitorização da potência, através da avaliação correntes e tensões do motor que se verificam dispositivos de comutação, deu boas provas.

Como base para uma monitorização e/ou um diagnóstico de um grupo de bombas centrífugas estão previstos histogramas com valores de potência e/ou débito acumulados durante o tempo de funcionamento de um grupo de bombas centrífugas.

Graças à presente invenção os dados relevantes de um grupo de bombas centrífugas estão disponíveis a qualquer momento e directamente junto do grupo de bombas centrífugas.

Para a operação de um arranjo de várias bombas segundo a presente invenção, o microcomputador de um dispositivo de comutação pode comandar a ligação e desligação de outros grupos de bombas centrífugas e pedir a sua ligação ou desligação através do sistema de barramento, o que permite, por exemplo, a construção de instalações económicas de aumento da pressão sem unidade de comando superior. 13

Em caso de atribuição temporária da tensão por um conversor de frequência aos vários motores de acionamento individuais de um arranjo com várias bombas, é vantajoso que um conversor de frequência com dispositivo regulador monitorize, através do sistema de barramento, os dispositivos de comutação dos vários grupos de bombas centrífugas e que peça, em função das condições da instalação, a ligação e desligação dos vários grupos de bombas centrífugas do seu dispositivo de comutação.

Também está previsto que o microcomputador de um dispositivo de comutação comande o conversor de frequência.

Para além do sinal de arranque e de paragem, pode ser predefinida assim a sua frequência. 0 microcomputador comuta o motor de acionamento entre diversas redes de tensão, com as mesmas relações de fase e frequências das redes de tensão, de preferência, com um sinal de sincronização.

As diferenças de tensão, derivadas da comutação, os picos de corrente e os golpes de ariete no sistema de tubagem, daí resultantes, são assim evitadas.

Uma comutação do motor de acionamento para uma outra rede de tensão pode ser feita de modo a que, no dispositivo de comutação, a rede de tensão ligada seja desligada apenas após a ligação da outra rede de tensão.

Exemplos de execução da invenção são representados nos desenhos e descritos mais pormenorizadamente a seguir. 14

Eles mostram:

Fig. 1 um grupo de bombas centrífugas com dispositivo de comutação, Fig. 2 a configuração de um dispositivo de comutação,

Fig. 3 vários grupos de bombas centrífugas num arranjo de várias bombas para a operação numa rede de tensão de frequência fixa, Fig. 4 um arranjo de várias bombas com um conversor de frequência e para a operação em redes de tensão de frequência fixa e variável, Fig. 5 uma aplicação alternativa de um dispositivo de comutação num arranjo de duas bombas para a operação numa rede de tensão de frequência variável, Fig. 6 um arranjo de várias bombas com quatro bombas centrífugas e dois dispositivos de comutação para a operação numa rede de tensão de frequência variável, Fig. 7 uma aplicação alternativa de um dispositivo de comutação para a operação numa rede de tensão de frequência fixa e com arranque estrela-triângulo. A Fig. 1 mostra um grupo de bombas centrífugas 1 constituído por uma bomba 2, um motor de acionamento 3, com um dispositivo de comutação 4. 15 A bomba 2 está aqui representada como modelo em forma de uma bomba sem série multifásica, sendo que as diferentes fases da bomba se encontram acima dos conectores para a tubagem. 0 dispositivo de comutação está montado no motor de acionamento 3 mas também pode estar integrado neste.

No dispositivo de comutação 4 encontram-se integrados um microcomputador 5 e um meio de comutação 6. 0 meio de comutação 6 pode ser um contactor mecânico ou, de preferência, um contactor semicondutor.

Mas também são possíveis outros componentes ou combinações destes usados em derivações de motores, como também arranjos com disjuntores do motor, relés de sobrecarga e/ou combinações de contactores para arranque estrela-triângulo ou arrancadores suaves. 0 dispositivo de comutação 4 apresenta um conector 7 para a ligação a uma rede de tensão que aqui é trifásica.

Dentro do dispositivo de comutação 4, os condutores 8 levam a rede de tensão ao motor de acionamento 3, passando pelo meio de comutação 6 e um conector do motor de acionamento 3.1.

Neste exemplo de execução, a uma entrada de sinal 9 está ligado um pressostato 10 que regista o não alcance ou a ultrapassagem de um determinado valor de pressão numa instalação (aqui não representada) e no local onde se encontra montado. 16 0 microcomputador 5 avalia o sinal de comutação ou também um outro sinal de entrada continuo. A entrada de sinal 9 é adequada tanto para um sinal de comutação como para um sinal de entrada continuo, o que é conseguido pelo respetivo circuito de entrada dentro do dispositivo de comutação 4. A configuração da entrada é parametrizável por um meio de operação e/ou selecionável por interruptores DIP. 0 dispositivo de comutação também pode ter várias entradas de sinal e/ou saldas de sinal adicionais.

Além disso, estão previstos no dispositivo de comutação 4 conectores 11, 12 para um sistema de barramento em série. 0 microcomputador 5 está ligado à entrada de sinal 9 e ao conector 11 para um sistema de barramento em série.

Um pedido de comutação dirigido ao dispositivo de comutação 4 do grupo de bombas centrífugas 1, através da entrada de sinal 9 e/ou através do sistema de barramento em série, é assim processado pelo microcomputador 5.

Em caso de um pressostato 10 ligado - tal como representado - à entrada de sinal 9 do dispositivo de comutaçao 4 e que fornece um sinal de comutação em caso de não alcance ou ultrapassagem de um determinado valor de pressão no seu local de montagem, o microcomputador 5 activa o meio de comutação 6 que, por sua vez, liga o motor de acionamento 3 do grupo de bombas centrífugas 1 à rede de tensão ligada ou o separa desta. 17

No exemplo de execução mostrado, o dispositivo de comutação encontra-se montado no motor de acionamento, e o meio de comutação está integrado no dispositivo de comutação.

Segundo a presente invenção, está prevista também a utilização de um meio de comutação externo e/ou um arranjo do dispositivo de comutação independente do motor de acionamento, tal como um arranjo numa parede ou num armário de distribuição.

Também um conversor de frequência pode ser usado como meio de comutação. A Fig. 2 mostra a configuração, a nivel de circuito, de um dispositivo de comutação 13, de um grupo de bombas centrífugas com um microcomputador 14 e um meio de comutação 15, que através de um conector 7, estabelece a ligação entre um motor de acionamento 3 e uma rede de tensão que aqui é trifásica e que por meio dos condutores 16 é levada a um motor de acionamento.

Além disso, tal como o dispositivo de comutação da Fig. 1, o dispositivo de comutação 13 apresenta uma entrada de sinal 9 e conectores 11, 12 para um sistema de barramento em série 21 bem como meios 17, 18 para a passagem de sinais.

Possui ainda um conector 19 para uma segunda rede de tensão, que, enquanto rede de tensão de um conversor de frequência 20, está ligada ao dispositivo de comutação 13 . 18

Através do sistema de barramento em série 21 o dispositivo de comutação 13 está ligado ao conversor de frequência 20.

Um meio de comutação adicional 22 leva a rede de tensão do conversor de frequência 20 através de condutores 23 ao motor de acionamento 3, e deste modo o grupo de bombas centrífugas pode ser ligado a uma segunda rede de tensão.

Ao grupo de bombas centrífugas estão ligadas uma rede de tensão de frequência fixa e uma rede de tensão de frequência variável.

Alternativamente, o grupo de bombas centrífugas pode ser ligado a uma rede de tensão de uma instalação de rede suplente.

Com os sinais do conversor de frequência 20, o microcomputador 14 pode comandar as posições de comutação dos meios de comutação 15 e 22 e, por conseguinte, a operação do grupo de bombas centrífugas.

Para fazer a comutação de uma rede de tensão para uma outra sem golpes, uma unidade de sincronização 24 determina as respetivas relações de fase e as frequências das duas redes de tensão.

Em caso de igualdade das relações de fase e das frequências é transmitido, ao microcomputador 14, um sinal de sincronização, através de um condutor de sinal 25, e o microcomputador comuta o motor de acionamento 3 para uma outra rede de tensão, de preferência de modo a que, no dispositivo de comutação a rede de tensão, ligada 19 ao motor de acionamento, seja desligada apenas após a ligação da outra rede de tensão.

Em vez dos dois meios de comutação 15 e 22 que podem ser comutados em separado, pode ser usado também um meio de comutação do tipo de um comutador-inversor que faz a comutação entre as duas redes de tensão. 0 microcomputador 14 pode ser comutado entre a operação do grupo de bombas centrífugas com possível mudança da rede de tensão ou a operação com apenas uma rede de tensão, recorrendo a um interruptor-seletor 26.

Em caso de avaria externa, um interruptor-selector 27 também permite comutar o microcomputador 14 entre a operação automática da bomba ou a operação com comutação externa.

Da mesma forma, pode ser ajustada a selecção do modo de operação pelos respetivos parâmetros de programa no microcomputador 14.

No caso da operação automática, quando surge um erro no conversor de frequência 20 ou no sistema de barramento em série 21, o microcomputador 14 permite mudar, por exemplo, automaticamente para a rede de tensão de frequência fixa, o que constitui uma vantagem nas aplicações nas quais o efeito de transporte da bomba tem de estar sempre garantido.

Como alternativa está previsto que o motor de acionamento seja separado das duas redes de tensão. 20

Em caso de selecção do modo de operação em que a bomba pode ser comutada externamente, pode estar ligado ao dispositivo de comutação 13, através da entrada de sinal 9, um sinal de comutação que em caso de avaria pode ligar e desligar o grupo de bombas centrífugas.

Adicionalmente existem no dispositivo de comutação 13 meios 28 para o registo dos valores da corrente do motor, da tensão do motor e/ou do factor de potência entre corrente e tensão de motor.

Estas características são armazenadas numa memória 29 do microcomputador e destinam-se a uma monitorização adicional do motor.

Os meios 28 para o registo dos valores da corrente do motor, da tensão do motor e/ou do factor de potência e a unidade de sincronização 24 podem estar integrados numa unidade construtiva.

Alternativamente, esta também pode encontrar-se numa unidade exterior ao dispositivo de comutação com a qual o dispositivo de comutação mantém uma ligação comunicativa, por exemplo, através de um sistema de barramento.

Assim existe uma unidade que determina todas as grandezas relevantes para o motor, tal como a corrente do motor, a tensão do motor, a potência, o factor de potência, a disponibilidade das fases, o sentido de rotação do motor bem como a sincronicidade das fases. 21

Quando necessário, um dispositivo de comutação pode ser equipado com uma unidade deste género ou ser ligado a ela.

Na unidade construtiva também poderá incluir-se um conversor de frequência. A Fig. 3 mostra partes de um arranjo de várias bombas. Cada um dos motores de acionamento 3 destas está equipado com um dispositivo de comutação 30, e os dispositivos de comutação 30 estão ligados entre si através de um sistema de barramento 31.

Para este efeito existem nos dispositivos de comutação 30 segundo a Fig. 2 meios 18 para a passagem dos sinais de barramento. À entrada de sinal 9, do primeiro dos dispositivos de comutação 23, está ligado um pressostato 10. 0 sinal de entrada do pressostato 10 é conduzido através dos meios 17 segundo a Fig. 2, das saídas de sinal 32 e através dos condutores 33 até aos dispositivos de comutação 30 do mesmo tipo.

Deste modo, pode ser realizado, por exemplo, um comando em cascata, onde é adicionada a respetiva quantidade de grupos de bombas centrífugas, em função da pressão da instalação e dos tempos de atraso, parametrizáveis para a ligação.

Cada um dos dispositivos de comutação 30 pode ser concebido como dispositivo de comutação prioritário. 22 0 microcomputador 14 deste dispositivo de comutação prioritário avalia o sinal de entrada do pressostato 10 e comanda a ligação ou desligação de outros grupos de bombas centrífugas, na medida em que pede a sua ligação ou desligação através do sistema de barramento 31, conforme a necessidade. O arranjo mostrado pode ser usado, por exemplo, como instalação de aumento de pressão económica.

Se estiver previsto conceber como dispositivo de comutação prioritário sempre o mesmo dispositivo de comutação, é possível prescindir do encaminhamento do sinal de entrada do pressostato 10 e, por conseguinte, dos condutores 33. A Fig. 4 mostra uma configuração de um outro arranjo de várias bombas com operação de conversor de frequência.

Por razões de maior clareza e ao contrário das representações nas Figs. 1 a 3, os condutores trifásicos são aqui representados agrupados e identificados com a marcação /3.

Os dispositivos de comutação 30 estão ligados entre si e a um conversor de frequência 34 com sistema de regulação 35 através de um sistema de barramento em série 31.

Entre o conversor de frequência 34 e o primeiro dos dispositivos de comutação 30, encontra-se uma unidade de distribuição 36 que, através de um conector 37, está ligada a uma rede de tensão de frequência fixa. 23 0 conector 37 está concebido para uma potência de ligação que corresponde seguramente à soma das potências de motor ligadas. A unidade de distribuição de frequência fixa também pode apresentar vários conectores para condutores com secções diferentes .

Através de um outro conector 38, a unidade de distribuição de frequência fixa 36, está ligada à rede de tensão de frequência variável do conversor de frequência 34. A unidade de distribuição de frequência fixa 36, possui meios para a passagem de uma tensão trifásica do conversor de frequência, equipados com elementos de estrangulamento 39, para a redução das variações da corrente do conversor de frequência.

Além disso, existem na unidade de distribuição de frequência fixa 36, várias saídas 40, para a rede de tensão de frequência fixa.

Através de condutores 41, ligáveis a esta, a rede de tensão de frequência fixa pode ser levada também a vários dispositivos de comutação 30. A quantidade de dispositivos de comutaçao 30 ligáveis depende do número de saídas 40. A tensão do conversor de frequência é levada ao primeiro dos dispositivos de comutação 30, através de um condutor 42.

Os dispositivos de comutação 30 apresentam meios 43 para a passagem da tensão do conversor de frequência, que através dos condutores 44, é levada de um dispositivo de comutação ao seguinte.

Na unidade de distribuição de frequência fixa 36, encontra-se, alternativamente ao dispositivo de comutação segundo a Fig. 2, uma unidade de sincronização 45.

Esta está ligada à rede de tensão de frequência fixa e à rede de tensão do conversor de frequência através de transformadores de medida 46 e ao conversor de frequência 34 através de um condutor de sinal 47.

Numa instalação de aumento de pressão, este arranjo de várias bombas, permite a atribuição temporária de um conversor de frequência aos diversos grupos de bombas centrífugas individuais.

Numa tal instalação de aumento de pressão, com um chamado conversor de frequência volante, para a manutenção de uma determinada pressão, as bombas centrífugas são ligadas e desligadas em função da necessidade, e sem golpes de aríete.

Para esse efeito, é operada sempre uma bomba ligável ou desligável com a velocidade de rotação regulada.

Através do sistema de barramento 31 o conversor de frequência 34 monitoriza com o seu sistema de regulação 35 todos os dispositivos de comutação 30 dos vários grupos de bombas centrífugas. 25

Em função das condições da instalação, o conversor de frequência 34 pede a ligação ou a desligação dos vários grupos de bombas centrífugas do seu dispositivo de comutação 30, que ligam os seus motores de acionamento 3 à tensão do conversor de frequência.

Um microcomputador 14 de um respetivo dispositivo de comutação 30 comanda as ações de comutação necessárias.

Para uma comutação sem golpes de uma rede de tensão para uma outra rede de tensão, a unidade de sincronização 45 determina as respetivas relações de fase e as frequências das duas redes de tensão.

Em caso de igualdade das relações de fase e das frequências, um sinal de sincronização é transmitido ao conversor de frequência 34 e ao sistema de regulação 35 deste através do condutor de sinal 47, e este mantém então a sua frequência, e através do sistema de barramento em série 31 pede, ao respetivo dispositivo de comutação, uma comutação. A comutação de um motor de acionamento, para uma outra rede de tensão é comandada pelo microcomputador 14 deste dispositivo de comutação 30, de preferência de modo, a que no dispositivo de comutação, a rede de tensão ligada ao motor de acionamento, seja desligada, apenas após a ligação da outra rede de tensão.

No exemplo de execução, o sinal de sincronização é gerado por uma unidade de sincronização 45 na unidade de distribuição de frequência fixa 36. 26

Se a unidade de distribuição de frequência fixa fornecer sinais de medição da tensão de fase ao conversor de frequência 34, a determinação da sincronização pode ser realizada também no sistema de regulação 35 do conversor de frequência 34.

De acordo com a Fig. 2 também pode haver uma unidade de sincronização 24 em cada dispositivo de comutação.

Uma tal variante de execução é adequada, sobretudo quando tem de estar assegurado que mesmo em caso de ligação errada dos condutores de ligação, o motor de acionamento mantenha o seu sentido de rotação, aquando da comutação para uma outra rede de tensão. A Fig. 5 mostra um modo de acção inverso do dispositivo de comutação 30 e do seu arranjo, no caso de um arranjo com duas bombas.

Para uma melhor compreensão e ao contrário das Figs. 3 e 4, está representado com uma rotação de 180°.

Mas em divergência com a Fig. 4, ao conector do motor de acionamento 3.1 está ligado o conversor de frequência 20, e o conector 7, é usado aqui para a ligação do dispositivo de comutação 30, ao motor de acionamento 3, para uma primeira rede de tensão. E um outro motor de acionamento 48 de um grupo de bombas centrífugas, sem dispositivo de comutação, está ligado por meio de condutores 49 ao conector 19 para uma segunda rede de tensão. 27

Trocando os conectores no dispositivo de comutação 30, a tensão do conversor de frequência pode ser levada para um dos dois motores de acionamento 3, 48 ou para os dois.

Dai resulta a possibilidade posterior para a simples activação das bombas existentes com uma tensão do conversor de frequência.

Para alargar o arranjo com outros grupos de bombas centrífugas adicionais, o dispositivo de comutação 30 apresenta meios 43 comutáveis para a passagem de uma tensão do conversor de frequência.

Assim, a tensão do conversor de frequência pode ser levada ao motor de acionamento 48 ligado ao conector 19 e/ou encaminhada ao dispositivo de comutação 30 seguinte do mesmo tipo. A Fig. 6 mostra uma duplicação do arranjo de bombas da Fig. 5.

Aqui os dispositivos de comutação 30 dos motores de acionamento 3 estão ligados entre si e a um conversor de frequência 20 através de um dispositivo de barramento de dados 21.

Os dispositivos de comutação 30 apresentam meios comutáveis 43 para a passagem de uma tensão do conversor de frequência.

Os motores de acionamento 48 estão ligados aos conectores 19. 28

Mediante este arranjo vários ou todos os motores de acionamento 3, 48 ou algum individualmente podem ser ligados à tensão do conversor de frequência, conforme a necessidade da instalação. A Fig. 7 mostra uma utilização alternativa de um dispositivo de comutação segundo a Fig. 5, para a operação numa rede de tensão de frequência fixa. Às saídas 7 e 19 de um dispositivo de comutação 51 está ligado um motor de acionamento 3 através da sua placa de terminais 52.

Devido ao circuito mostrado, o dispositivo de comutação 51 pode realizar um arranque estrela-triângulo no motor de acionamento 3 ligado.

Para esse efeito os meios 43, de acordo com a Fig. 5, estão de tal forma modificados, que um meio de comutação 53, no estado fechado, estabelece uma ligação entre os terminais do motor 54 e um ponto neutro 55.

Em caso de operação normal o meio de comutação 22 está fechado e os enrolamentos do motor de acionamento 3 estão ligados em triângulo.

Na operação de arranque, o meio de comutação 22, é aberto e o meio de comutação 53 fechado, de modo a que os enrolamentos do motor de acionamento 3 estejam ligados em estrela.

Deste modo, as correntes de arranque do motor de acionamento 3 são reduzidas. 29 0 dispositivo de comutação 51 é adequado também para a utilização num arranjo de várias bombas, e como dispositivo de comutação prioritário, pode comandar outros dispositivos de comutação.

Além disso, o dispositivo de comutação 51 dispõe de uma unidade de indicação e operação 56 ligada ao microcomputador 14. A unidade de indicação e operação 56 serve, entre outros, para a parametrização de um programa guardado na memória 29 do microcomputador 14.

Além disso, é possível seleccionar uma configuração predefinida de parâmetros o que assegura que o dispositivo de comutação 51 realize uma entrada em funcionamento rápida e específica para a aplicação. A unidade de indicação e operação 56 mostra num display e com a ajuda de LEDs de várias cores, que por razões de maior clareza não estão representados, todos os dados relevantes para a bomba e o acionamento bem como mensagens de aviso e/ou alarme de um ou vários grupos de bombas centrífugas. 0 dispositivo de comutação 51 possui outras entradas 57, 58, 59 e saídas 60, 61.

As entradas sensores estão previstas como, por exemplo, para a ligaçao de outros sensores de pressão ou 30 sensores PTC para a monitorização da temperatura do motor e servem como entrada de comando.

As saídas 60, 61 podem ser usadas, por exemplo, para o encaminhamento de mensagens de aviso ou alarme ou para o comando de um conversor de frequência. LISBOA, 7 de MARÇO de 2012

Claims (13)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Grupo de bombas centrífugas, constituído por uma bomba e um motor de accionamento, com um dispositivo de comutação, sendo que o dispositivo de comutação está equipado com um conector, para uma primeira rede de tensão de frequência fixa, e faz funcionar o motor de acionamento, na primeira rede de tensão, a uma velocidade de rotação fixa, com a ajuda de um meio de comutação, comandado por um microcomputador, na medida em que, durante a operação com velocidade de rotação fixa, o meio de comutação liga o motor de accionamento ao conector para a primeira rede de tensão, sendo que o microcomputador (5, 14) está integrado no dispositivo de comutação (4, 13, 30, 51), sendo que o dispositivo de comutação (4, 13, 30, 51) está equipado com pelo menos uma entrada de sinal (9) e conectores (11, 12) para pelo menos um sistema de barramento em série (21, 31), sendo que o microcomputador (5, 14) está ligado à entrada de sinal (9) e aos conectores (11, 12) do sistema de barramento e sendo que no motor de accionamento (3) e/ou no dispositivo de comutação (4, 13, 30, 51) um meio (18) condutor dos sinais do barramento está ligado ao microcomputador (5, 14) e aos conectores (11, 12) do sistema de barramento (21, 31), caracterizado por o dispositivo de comutação (4, 13, 30, 51) estar equipado com um conector para uma segunda rede de tensão (19) diferente da primeira rede de tensão e com um meio de comutação adicional (22), comandado pelo microcomputador (5, 14), por o meio de comutação adicional (22) estar ligado ao conector para a segunda rede de tensão (19) e por os meios de comutação (6, 15, 22, 53) poderem ser comutados em 2 separado e comutarem o fluxo de corrente para um conector (3.1) do motor de accionamento disposto no dispositivo de comutação (4, 13, 30, 50) e/ou o motor de accionamento (3), de modo que o conector (3.1) do motor de accionamento e/ou o motor de accionamento (3) possa ser ligado opcionalmente ao conector para a primeira rede de tensão (7) e/ou ao conector para a segunda rede de tensão (19) ou desligado destes, sendo que um meio (43) para o encaminhamento da tensão da segunda rede de tensão liga o conector para a segunda rede de tensão (19) ao meio de comutação adicional (22) e a um outro conector disposto no dispositivo de comutação (4, 13, 30, 50), previsto para um encaminhamento da tensão da segunda rede de tensão.

2. Grupo de bombas centrífugas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dispositivo de comutação (4, 13, 30, 51) ser concebido como parte integrante do motor de accionamento (3).

3. Grupo de bombas centrífugas de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a segunda rede de tensão ser uma rede de tensão de frequência variável.

4. Grupo de bombas centrífugas de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o dispositivo de comutação (4, 13, 30, 51) poder ser ligado no conector para a segunda rede de tensão (19), a um conversor de frequência (20, 34) e por o microcomputador (5, 14), poder ser ligado através do sistema de barramento (21, 31) ao conversor de frequência (20, 34) ou um sistema de regulação (35) . 3

5. Grupo de bombas centrífugas de acordo com uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado por o dispositivo de comutação (4, 13, 30, 51) apresentar meios para funções de monitorização e/ou diagnóstico.

6. Grupo de bombas centrífugas de acordo com uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado por o dispositivo de comutação (4, 13, 30, 51) possuir meios para o registo (28) e/ou a memorização (29) de valores da corrente do motor, da tensão do motor e/ou do factor de potência.

7. Grupo de bombas centrífugas de acordo com uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado por o dispositivo de comutação apresentar uma unidade de sincronização (24, 45) que determina as respectivas relações de fase e frequências entre as redes de tensão, e que no caso de as relações de fase e as frequências serem iguais, produz um sinal de sincronização e por, deste modo, se realizar uma comutação entre as redes de tensão.

8. Arranjo de várias bombas com vários grupos de bombas centrífugas de acordo com uma das reivindicações de 1 a 7 e um conversor de frequência com sistema de regulação para a produção de uma tensão do conversor de frequência, caracterizado por os dispositivos de comutação (4 , 13 , 30, 51) estarem ligados entre si e ao conversor de frequência (34) através do sistema de barramento em série (21, 31), sendo que os dispositivos de comutação (4, 13, 30, 51) estão ligados através dos conectores (11, 12) do sistema de barramento (21, 31), por os dispositivos de comutação (4, 13, 30, 51) estarem ligados nos conectores para a 4 primeira rede de tensão (7), a uma rede de tensão de frequência fixa, os dispositivos de comutação (4, 13, 30, 51) estarem ligados através de condutores (44), posicionados entre o conector para o encaminhamento da tensão da segunda rede de tensão de um dos dispositivos de comutação (4, 13, 30, 51) e o conector para a segunda rede de tensão (19) de um dos outros dispositivos de comutação (4, 13, 30, 51) e por a tensão do conversor de frequência ser atribuída temporariamente a determinados grupos de bombas centrífugas (1) individuais, sendo que um dos grupos de bombas centrífugas (1) é sempre operado com a velocidade de rotação regulada.

9. Arranjo de várias bombas de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por um dos dispositivos de comutação (4, 13, 30, 51) ser concebido como dispositivo de comutação prioritário.

10. Arranjo de várias bombas de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por uma unidade de distribuição de frequência fixa (36) com meios para a passagem da tensão da segunda rede de tensão do conversor de frequência (35), estar ligada a um dos dispositivos de comutaçao (4, 13, 30, 51) .

11. Processo para a operação de um arranjo de várias bombas de acordo com uma das reivindicações de 8 a 10, caracterizado por o microcomputador (5, 14) de um dos dispositivos de comutação do arranjo de várias bombas, ou o conversor de frequência (35) com sistema de regulação (34), avaliar sinais de entrada e comandar a ligação, desligação ou comutação das redes de tensão, em vários grupos de bombas centrífugas (1) do arranjo 5 de várias bombas, de modo a que a tensão do conversor de frequência seja atribuida temporariamente a determinados grupos de bombas centrífugas (1) individuais, sendo que um dos grupos de bombas centrífugas (1) é sempre operado com a velocidade de rotação regulada.

12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a comutação entre as redes de tensão ser realizada através de um sinal de sincronização com as mesmas relações de fase e frequências das redes de tensão.

13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a comutação entre as redes de tensão ser feita de modo a que a rede de tensão ligada seja desligada apenas após a ligação da outra rede de tensão. LISBOA, 7 de MARÇO de 2012