ES2235920T3 - Accionamiento para compresor. - Google Patents

Accionamiento para compresor.

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ES2235920T3 ES00949735T ES00949735T ES2235920T3 ES 2235920 T3 ES2235920 T3 ES 2235920T3 ES 00949735 T ES00949735 T ES 00949735T ES 00949735 T ES00949735 T ES 00949735T ES 2235920 T3 ES2235920 T3 ES 2235920T3
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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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