ES2235920T3 - Accionamiento para compresor. - Google Patents
Accionamiento para compresor.Info
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Abstract
Un sistema de control del flujo de fluido para un compresor (6) que tiene medios de accionamiento electromagnético (10, 11, 12), suministrando el sistema de control una señal de accionamiento de bajo voltaje de impulso modulado en anchura generada en una alimentación de voltaje de corriente continua (9) a los medios de accionamiento electromagnético (10, 11, 12), controlando la señal de accionamiento la amplitud y el régimen de repetición de la corriente instantánea en las bobinas (10) de los medios de accionamiento electromagnético (10, 11, 12), accionando la corriente a un actuador (11) de movimiento alternativo para generar una salida de caudal deseado desde el compresor (6).
Description
Accionamiento para compresor.
El presente invento se refiere a un sistema de
control del flujo de fluido y en particular a un sistema de control
del flujo de fluido para una bomba electromagnética que puede
producir cualquier caudal de flujo de fluido variable deseado.
Usualmente, las bombas electromagnéticas
funcionan con alimentación de la corriente de la red general y los
compresores de las bombas electromagnéticas funcionan alimentados
directamente de la única fase de la corriente de la red general que
proporciona el voltaje y la frecuencia de la corriente de entrada
para el accionamiento eléctrico del compresor. Por lo tanto, estos
compresores funcionan con flujo de fluido constante, y cualquier
control del flujo de fluido depende simplemente de un control de
conexión/desconexión o de las condiciones de la carga de fluido, Los
caudales de fluido necesarios se obtienen mediante el control y el
diseño del sistema de canalización del flujo.
Tales compresores incluyen actuadores de
movimiento alternativo de desplazamiento lineal o arqueado,
accionados por medios de accionamiento electromagnético alimentados
con el voltaje y la frecuencia de la corriente de la red general.
Los medios de accionamiento electromagnético accionan a los
actuadores con movimiento mecánico alternativo, el cual es
convertido mediante diafragmas y válvulas en flujo de fluido desde
una o más entradas de compresor a una o más salidas de
compresor.
Este enfoque plantea una serie de problemas, que
incluyen el de que el diseño del compresor tenga que variar con el
valor del voltaje y la frecuencia de la corriente de la red general,
lo que complica su fabricación y hace que aumenten sus costes.
Además, el control del flujo únicamente mediante la canalización
compromete la vida del compresor, haciendo que los compresores deban
ser hechos funcionar continuamente a la máxima capacidad, con la
consecuencia de ruido y vibración máximos durante su uso.
Además, las actuaciones de los compresores
dependen en gran medida de las características mecánicas de sus
componentes, por ejemplo, de la rigidez del diafragma, de la masa en
movimiento, y también de la rigidez del aire comprimido dentro de la
bomba.
Cualquier variación, ya sea entre unidades de
fabricación o ya sea en las condiciones ambientales o de uso de
funcionamiento, producirá una variación adicional de las
actuaciones.
El objetivo del presente invento es proporcionar
un sistema de control del flujo de fluido para una bomba
electromagnética que no dependa del voltaje y la frecuencia de la
corriente de la red general y que proporcione el deseado flujo de
fluido con actuaciones óptimas del compresor.
En consecuencia, el presente invento proporciona
un sistema de control del flujo de fluido según la reivindicación
1.
Preferiblemente, la señal de accionamiento de
impulso modulado en anchura es de amplitud sustancialmente
constante. El control del impulso modulado en anchura procedente de
una fuente de alimentación de corriente continua garantiza que el
compresor estará siempre funcionando con un rendimiento óptimo para
cualquier aplicación, siendo las actuaciones del compresor
independientes del tipo o de las variaciones de la corriente de la
red general y permitiendo la posibilidad de usar baterías para hacer
funcionar las bombas. Se vitan, por lo tanto, los problemas
asociados con los compresores y bombas existentes accionados con
corriente del voltaje de la red y de frecuencia fija.
Preferiblemente, los medios de accionamiento
electromagnético incluyen un estator (o estatores) de material
magnético, devanado (o devanados) de excitación para excitar
magnéticamente el estator (o estatores) y un miembro magnético
movible conectado al actuador del compresor. Una desviación del
actuador da por resultado una desviación correspondiente del
diafragma (o diafragmas) unido (unidos), y del flujo de cualquier
fluido que esté en contacto con el diafragma (o diafragmas).
Preferiblemente, el sistema de control incluye un
generador de mando que crea una señal de mando correspondiente a un
caudal de aire deseado predeterminado, sensor (sensores) para
percibir el estado del sistema y proporcionar una señal (señales) de
realimentación, siendo tratada (tratadas) la señal de mando y la
señal (las señales) de realimentación por un procesador de mando,
proporcionando el procesador de mando una salida de señal de
accionamiento, definida la señal de accionamiento por una relación
de marca-espacio, régimen y amplitud de repetición y
control del voltaje a ser aplicado a los devanados del
compresor.
Además, el sensor (los sensores) proporciona
(proporcionan) realimentación de la corriente de bobina instantánea
o del desplazamiento del actuador o de la presión en el sistema de
cámara de aire del flujo de aire de entrada/salida del sistema de
cámara de aire.
A continuación se describirán en detalle
realizaciones del presente invento, únicamente a modo de ejemplos,
con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:
en la Figura 1 se ha ilustrado un diagrama bloque
del sistema de control del flujo de fluido de acuerdo con el
presente invento;
en la Figura 2a se ha ilustrado la señal de
accionamiento de voltaje bipolar;
en la Figura 2b se ha ilustrado la señal de
accionamiento unipolar procedente del generador de
marca-espacio/régimen de repetición;
en la Figura 2c se ha ilustrado la corriente del
actuador;
en la Figura 3 se ha ilustrado un diagrama bloque
de una realización de un sistema de control de la Figura 1 que
suministra fluido a una cámara de aire;
en la Figura 4 se ha ilustrado un diagrama bloque
de otra realización de un sistema de control de la Figura 1 que
suministra fluido a una cámara de aire;
en la Figura 5 se ha ilustrado un diagrama bloque
de otra realización de un sistema de control de la Figura 1 que
suministra fluido a una cámara de aire; y
en la Figura 6 se ha ilustrado un diagrama bloque
de otra realización de un sistema de control de la Figura 1 que
suministra fluido a una cámara de aire.
Con referencia al diagrama bloque de la Figura 1,
se ha ilustrado en el mismo un sistema de flujo de fluido controlado
que comprende un sistema de control, una canalización de fluido, un
sistema de cámara de aire (7) y un compresor que comprende uno o más
diafragmas (12) unidos a un actuador electromagnético (11).
El sistema de control establece una corriente
requerida en la bobina (o bobinas) (10) del compresor en cualquier
instante en el tiempo. La corriente de bobina controla la posición
del actuador (11), el cual desvía el diafragma (o los diafragmas)
(12) convenientemente, proporcionando con ello el flujo de cualquier
fluido que esté en contacto con el diafragma (diafragmas) (12).
Controlando la corriente en la bobina (bobinas) (10)se
controla el flujo de fluido desde el compresor (6).
En el generador de mando (1) se crea una señal de
mando que representa el flujo de fluido requerido y se aplica al
procesador de mando (2) conjuntamente con cualquier señal (señales)
(13) de realimentación derivada (derivadas) del sensor de la
corriente de bobina, del sensor de posición del actuador, del sensor
de flujo de la cámara de aire y del sensor de la presión de la
cámara de aire. Éstos proporcionan señales que representan corriente
instantánea en la bobina, flujo de desplazamiento del actuador hacia
dentro o hacia fuera del sistema de cámara de aire (7) y presión en
el sistema de cámara de aire (7).
La salida del generador de mando (1) y las
señales de realimentación (13) son procesadas en el procesador de
mando (2) usando un algoritmo de control que es representativo de
las características neumáticas, mecánicas y eléctricas del compresor
que ha de ser accionado. A través del algoritmo de control se
calcula una señal de accionamiento apropiada, definida por los
parámetros de relación de marca-espacio y de régimen
y amplitud de repetición.
La amplitud de la señal de accionamiento se
obtiene a través del controlador de amplitud (5) cambiando
convenientemente la interfaz de alimentación de energía eléctrica
(14) dentro del amplificador de potencia (4) para cambiar el voltaje
de suministro de corriente continua del excitador de puente en
"H" (15). La relación de marca-espacio y el
régimen de repetición de la señal de accionamiento se obtienen
mediante el generador de marca-espacio y de régimen
de repetición que opera sobre los valores apropiados de los
parámetros. El generador proporciona una señal de accionamiento
unipolar al excitador de puente en "H" (15), el cual
proporciona entonces una señal de accionamiento de voltaje bipolar a
la bobina (bobinas) (10) del compresor.
Esta señal de accionamiento de voltaje bipolar
(Figura 2a), a través de las bobinas del compresor puede estar
representada por el régimen de repetición 1/A, la relación de
marca-espacio B/A, y la conmutación de amplitud
entre +V y -V. V es un voltaje que se aproxima mucho al voltaje de
suministro al excitador del puente en "H" (15). Típicamente, V
podría tener un valor de aproximadamente 12 voltios, con un régimen
de repetición de varios kilohercios y una relación de
marca-espacio que variase desde ser inferior al uno
por ciento hasta por encima del 99 por ciento.
Si para los fines de obtención de un flujo de
fluido apropiado en el compresor se requiriese una corriente del
actuador de un período x (Figura 2c), entonces a lo largo de un
período de tiempo x el generador (3) proporcionaría valores de la
relación de marca-espacio que se aproximarían a dos
semi sinusoides (Figura 2b), cada una sobre un período de x/2 y con
un régimen de repetición uniforme. Esta señal de accionamiento
combinada con la acción de conmutación del excitador de puente en
"H" (Figura 2a) creará una corriente de bobina de actuador
sinusoidal casi bipolar completa, con un período de x, como se
requiere. Típicamente, x será de diez a cien veces mayor que A,
requiriendo un régimen de repetición de la señal de accionamiento
igualmente muy superior al de 1/x.
La corriente bipolar en la bobina (bobinas) del
compresor capacita al actuador para que sea desplazado tanto
positiva como negativamente con respecto a su posición de no
excitado. El desplazamiento del actuador da por resultado que el
diafragma (o diafragmas) (12) de bombeo de fluido sea desviado
(desviados) con la magnitud requerida para proporcionar el caudal de
fluido requerido. El amplificador de potencia (4) es alimentado por
la corriente de la red general a través de un suministro de
corriente continua regulado o no regulado, o bien desde una batería
de corriente continua.
Será evidente para los expertos en la práctica de
esta técnica que para el invento, excepto donde se indique otra
cosa, el generador de mando, el generador de
marca-espacio y régimen de repetición, el procesador
de mando, el suministro de corriente continua, el amplificador de
potencia, y el controlador de amplitud pueden ser materializados en
cualquier combinación de circuitos analógicos, de circuitos
digitales o de máquinas de estado, incluidos los sistemas de
microprocesador.
También será evidente para los expertos en la
práctica de esta técnica que en vez de diafragma se pueden usar
otros dispositivos para desplazamiento de aire, tales como émbolos,
paletas, espirales, y que se puede controlar tanto el flujo de
fluido de salida del sistema de cámara de aire como el de entrada al
mismo.
En la Figura 3 se ha ilustrado una realización
preferida del invento, en la que las características del flujo de
fluido de salida del compresor son conocidas para cargas,
temperaturas y presiones variables. En este caso, en el generador de
mando (1) se crea una señal de mando que representa el flujo de
fluido requerido, y se aplica al procesador de mando (2). El
procesador de mando (2) determina el régimen de repetición y la
relación de marca-espacio requeridos del generador
(3) de marca-espacio y de régimen de repetición.
Esto da por resultado un régimen de repetición variable y una forma
de onda de la relación de marca-espacio que varía en
el tiempo, representativa de la corriente requerida en la bobina o
bobinas del compresor (6). La forma de onda se aplica al
amplificador de potencia (4), donde es controlada en amplitud por el
controlador de amplitud (5), viniendo determinada la amplitud por el
procesador de mando (2). La salida del amplificador de potencia (4)
proporciona un voltaje con el régimen de repetición y la relación de
marca-espacio controlados por el procesador de
mando. Este voltaje es aplicado a la bobina o bobinas del compresor
(6), dando por resultado una corriente conocida, y por lo tanto una
desviación conocida de la cápsula del compresor y por consiguiente
una cantidad conocida de flujo de fluido al sistema de cámara de
aire (7) a través del sistema de canalización del flujo (8). Se usa
un suministro de corriente continua (9).
En la Figura 4 se ha ilustrado el control del
sistema de flujo de fluido tal como el descrito en la Figura 3, pero
aplicado al control de la posición del actuador dentro del
compresor, mediante la realimentación de la posición del actuador.
Con esta solución para el control se elimina el efecto de las
variaciones no conocidas dentro de los medios de accionamiento
electromagnético entre la señal de accionamiento y la desviación
resultante del actuador.
En el generador de mando (1) se crea una señal de
mando que representa el flujo de fluido requerido, y se añade a la
señal del sensor (10) de posición del actuador en el procesador de
mando (2), proporcionándose así una señal de error para asegurar que
se consigue la posición del actuador. Esta señal de error procedente
del procesador de mando (2) determina el régimen de repetición y la
relación de marca-espacio requeridos del generador
(3) de marca-espacio y régimen de repetición. Esto
da por resultado un régimen de repetición variable y una forma de
onda de la relación de marca-espacio que varía en el
tiempo, representativa de la corriente requerida en la bobina o
bobinas del compresor (6). Esta forma de onda se aplica al
amplificador de potencia (4), donde es controlada en amplitud por el
controlador de amplitud (5), viniendo determinada la amplitud por el
procesador de mando (2). La salida del amplificador de potencia (4)
proporciona un voltaje con el régimen de repetición de amplitud y la
relación de marca-espacio controlados por el
procesador de mando (2), y por el sensor de posición del actuador
(10). Este voltaje es aplicado a la bobina o bobinas del compresor
(6), dando por resultado una desviación conocida de la cápsula del
compresor, y por consiguiente una cantidad conocida de flujo de
fluido al sistema de cámara de aire (7) por medio del sistema de
canalización del flujo (8). También se puede usar una alimentación
de corriente continua (9).
En la Figura 5 se ha ilustrado el control del
flujo basado en el principio de que el flujo de fluido real a una
cámara de aire es vigilado para mantener el flujo de fluido
requerido.
En el generador de mando (1) se crea una señal de
mando que representa el flujo de fluido requerido, y se añade a la
información procedente del sensor de flujo (10) en el procesador de
mando (2), proporcionándose así una señal de error para corregir
cualquier error en el flujo requerido. Esta señal de error
procedente del procesador de mando (2) determina el régimen de
repetición y al relación de marca-espacio requeridos
del generador (3) de marca-espacio y régimen de
repetición. Esto da por resultado un régimen de repetición variable
y una forma de onda de la relación de marca-espacio
que varía en el tiempo representativa de la corriente requerida en
la bobina o bobinas del compresor (6). Esta forma de onda se aplica
al amplificador de potencia (4), donde es controlada en amplitud por
el controlador de amplitud (5), viniendo determinada la amplitud por
el procesador de mando (2). La salida del amplificador de potencia
(4) proporciona un voltaje con el régimen de repetición de amplitud
y la relación de marca-espacio controlados por el
procesador de mando (2) y por el sensor de flujo (10). Este voltaje
es aplicado a la bobina o bobinas del compresor (6), dando por
resultado una desviación de la cápsula del compresor, y por
consiguiente una cantidad de flujo de fluido al sistema de cámara de
aire (7) a través del sistema de canalización del flujo (8).
Cualesquiera errores que haya en el flujo son detectados por el
sensor de flujo (10), y son usados como una señal de corrección que
se envía al procesador de mando (2), Se usa una alimentación de
corriente continua (9).
Alternativamente, en vez de que sea vigilado el
flujo, se puede vigilar la presión real en la cámara de aire, como
se ha ilustrado en la Figura 6.
Con referencia a la Figura 6, en el generador de
mando (1) se crea una señal de mando que representa la presión
requerida en la cámara de aire y se añade a la información
procedente del sensor de presión (10) en el procesador de mando (2),
proporcionándose así una señal de error que puede ser usada para
corregir cualquier error que haya en la presión requerida del
sistema de cámara de aire. Esta señal de error procedente del
procesador de mando (2) determina el régimen de repetición y la
relación de marca-espacio que se requieren del
generador (3) de marca-espacio y de régimen de
repetición. Esto da por resultado un régimen de repetición variable
y una forma de onda de relación de marca-espacio que
varía en el tiempo, representativa de la corriente requerida en la
bobina o bobinas del compresor (6). Esta forma de onda se aplica al
amplificador de potencia (4), donde es controlada en amplitud por
el controlador de amplitud (5), viniendo determinada la amplitud por
el procesador de mando (2). La salida del amplificador de potencia
(4) proporciona un voltaje con el régimen de régimen de repetición y
la relación de marca-espacio controlados por el
procesador de mando (2) y por el sensor de presión (10). Este
voltaje es aplicado a la bobina o bobinas del compresor (6), dando
por resultado una desviación de la cápsula del compresor, y por
consiguiente una cantidad de flujo de fluido al sistema de cámara de
aire (7) a través del sistema de canalización del flujo (9).
Cualesquiera errores que haya en la presión detectada por el sensor
de presión (10) son entonces usados como una señal de corrección que
se envía al procesador de mando (2). Se usa una alimentación de
corriente continua (9).
Claims (8)
1. Un sistema de control del flujo de fluido para
un compresor (6) que tiene medios de accionamiento electromagnético
(10, 11, 12), suministrando el sistema de control una señal de
accionamiento de bajo voltaje de impulso modulado en anchura
generada en una alimentación de voltaje de corriente continua (9) a
los medios de accionamiento electromagnético (10, 11, 12),
controlando la señal de accionamiento la amplitud y el régimen de
repetición de la corriente instantánea en las bobinas (10) de los
medios de accionamiento electromagnético (10, 11, 12), accionando la
corriente a un actuador (11) de movimiento alternativo para generar
una salida de caudal deseado desde el compresor (6).
2. Un sistema de control del flujo de fluido
según la reivindicación 1, en el que la señal de accionamiento de
impulso modulado en anchura es de amplitud sustancialmente
constante.
3. Un sistema de control del flujo de fluido
según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que los medios de
accionamiento electromagnético (10, 11, 12) incluyen un estator (o
estatores) de material magnético, un devanado (o devanados) de
excitación (10) para excitar magnéticamente al estator (los
estatores), y un miembro magnético movible conectado al actuador
(11) de movimiento alternativo, dando por resultado la desviación
del actuador (11) la correspondiente desviación del diafragma (los
diafragmas) (12) unido (unidos) al mismo, proporcionando con ello
flujo de cualquier fluido que esté en contacto con el diafragma (o
diafragmas) (12).
4. Un sistema de control del flujo de fluido para
un compresor (6) según la reivindicación 1, incluyendo el sistema de
control un generador de mando (1) que crea una señal de mando
correspondiente a un caudal de fluido deseado predeterminado, un
sensor (o sensores) (10) para percibir el estado del sistema y
proporcionar una señal (o señales) de realimentación, siendo
procesadas la señal de mando y la señal (o señales) de
realimentación por un procesador de mando, proporcionando el
procesador de mando (2) una salida de señal de accionamiento,
definida la señal de accionamiento por la relación de
marca-espacio, el régimen de repetición y la
amplitud, y controlando el voltaje a ser aplicado a los devanados
(10) del compresor.
5. Un sistema de control del flujo de fluido
según la reivindicación 4, en el que el sensor (los sensores)
proporciona (proporcionan) realimentación de la corriente
instantánea de la bobina (10).
6. Un sistema de control del flujo de fluido
según la reivindicación 4, en el que el sensor (los sensores)
proporciona (proporcionan) realimentación del desplazamiento del
actuador (11).
7. Un sistema de control del flujo de fluido
según la reivindicación 4, en el que el sensor (los sensores)
proporciona (proporcionan) realimentación de la presión en el
sistema de cámara de aire (7).
8. Un sistema de control del flujo de fluido
según la reivindicación 6, en el que el sensor (los sensores)
proporciona (proporcionan) realimentación del flujo de fluido de
entrada/salida al y del sistema de cámara de aire (7).
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