ES2865734T3 - Controlador de motor síncrono de CA de fase dividida - Google Patents

Controlador de motor síncrono de CA de fase dividida Download PDF

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Abstract

Un circuito que comprende: devanados del motor de fase (304, 306) dividida aproximadamente al menos por la mitad; una fuente de alimentación de CC (310) entre los devanados del motor de fase dividida para recibir potencia de CA transferida desde los devanados del motor de fase dividida y convertir la potencia de CA en potencia de CC; un circuito de conmutación de potencia (312) que comprende al menos un conmutador de potencia fuera de una trayectoria de corriente entre los devanados del motor de fase dividida y la fuente de alimentación de CC, al menos un conmutador de potencia se dispone entre los devanados del motor de fase dividida para recibir potencia de CA de los devanados del motor de fase dividida; y un primer componente (316) para evitar que la fuente de alimentación de CC colapse cuando al menos un conmutador de potencia es activado durante una primera porción de un ciclo de CA, y un segundo componente (318) para evitar que la fuente de alimentación de CC colapse cuando al menos un conmutador de potencia es activado durante una segunda porción del ciclo de CA.

Description

DESCRIPCIÓN
Controlador de motor síncrono de CA de fase dividida
Antecedentes
En vista de la creciente proliferación de leyes a favor del medio ambiente, se requieren mejoras en varias clases de motores. Por ejemplo, los motores de los ventiladores de refrigeración en un intervalo de baja potencia, por ejemplo, de 4 a 16 watts, que se usan tanto en los mercados de refrigeración comercial como residencial, han sido tradicionalmente de baja eficiencia, tal como alrededor del 12 % al 26 % eficientes. Sería conveniente proporcionar tecnologías para abordar las mejoras que se requieren en las diferentes clases de motores.
La Patente de Estados Unidos No. 5710493 describe un circuito de control para un motor. Los devanados o porciones devanadas del motor se conectan a través de una entrada de CA en serie con las conexiones de entrada de un circuito rectificador de diodos de onda completa que tiene sus salidas conectadas a un circuito que controla la dirección y sincronización del flujo de corriente a través de los devanados.
Sumario
La divulgación proporciona un circuito de acuerdo con la reivindicación adjunta 1. El primer y segundo componentes puede incluir una o más derivaciones de los devanados del motor de fase dividida que se conectan eléctricamente a la fuente de alimentación de CC, un devanado de bobina de fase secundaria que se conecta a la fuente de alimentación de CC para alimentar la fuente de alimentación, una o más resistencias entre los devanados de fase dividida y el circuito de conmutación de potencia, uno o más diodos Zener entre los devanados de fase dividida y el circuito de conmutación de potencia, y/o un componente eléctrico para crear una caída de tensión entre los devanados del motor de fase dividida y el circuito de conmutación de potencia para evitar que la fuente de alimentación colapse cuando al menos un conmutador de potencia en el circuito de conmutación de potencia es encendido y en conducción.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 representa los devanados del motor de fase que se dividen con un circuito de control que se ubican en un punto medio en los devanados del motor de fase.
La Figura 2 representa un motor conmutado electrónicamente (ECM) monofásico.
La Figura 3 representa un circuito de devanado de fase dividida.
La Figura 4 representa un circuito de devanado de fase dividida con una derivación del devanado de bobina de fase dividida a la fuente de alimentación de corriente continua (CC).
La Figura 5 representa un circuito de devanado de fase dividida con resistencias entre los devanados de fase dividida y el(los) conmutador(es) de potencia.
La Figura 6 representa un circuito de devanado de fase dividida con una bobina secundaria.
La Figura 7 representa un control de la dirección de la corriente de fase durante la puesta en marcha y el funcionamiento continuo por debajo de velocidades síncronas en un circuito de devanado de fase dividida.
La Figura 8 representa un control de la dirección de la corriente de fase a una velocidad síncrona de 1,800 revoluciones por minuto (RPM) en un circuito de devanado de fase dividida de cuatro polos.
La Figura 9 representa un control de la dirección de la corriente de fase a una velocidad síncrona de 3,600 revoluciones por minuto (RPM) en un circuito de devanado de fase dividida de dos polos.
La Figura 10 representa los períodos de carga del condensador de almacenamiento de suministro de CC.
La Figura 11 representa un circuito de devanado de fase dividida con una bobina secundaria y un conmutador de potencia.
La Figura 12 representa un circuito de devanado de fase dividida con una bobina secundaria y un conmutador de potencia.
Las Figuras 13 y 13A representan un circuito de devanado de fase dividida con una bobina secundaria y un conmutador de potencia.
La Figura 14 representa un circuito de devanado de fase dividida con dos conmutadores de potencia.
La Figura 15 representa un circuito de devanado de fase dividida con un conmutador de potencia.
La Figura 16 representa un circuito de devanado de fase dividida con dos conmutadores de potencia en serie.
La Figura 17 representa un circuito de devanado de fase dividida con una derivación del devanado de bobina de fase dividida a la fuente de alimentación de alimentación de corriente continua (CC) y dos conmutadores de potencia en serie.
La Figura 18 representa un circuito de devanado de fase dividida con dos conmutadores de potencia en paralelo.
La Figura 19 representa un circuito de devanado de fase dividida con una derivación del devanado de bobina de fase dividida a la fuente de alimentación de corriente continua (CC) y dos conmutadores de potencia en paralelo.
La Figura 20 representa un motor con un circuito de devanado de fase dividida que tiene un devanado primario de fase de CA y un devanado secundario para crear una fuente de alimentación de CC no colapsada.
La Figura 21 representa un motor con un circuito de devanado de fase dividida que tiene un devanado primario de fase de CA y un devanado secundario para crear una fuente de alimentación de CC no colapsada enrollada en un solo polo.
La Figura 22 representa un motor con un circuito de devanado de fase dividida con un devanado de fase primaria derivado para crear una fuente de alimentación de CC no colapsada.
La Figura 23 representa un motor con un circuito de devanado de fase dividida con resistencias para crear una fuente de alimentación de CC no colapsada.
La Figura 24 representa un motor con un circuito de devanado de fase dividida con diodos Zener para crear una fuente de alimentación de CC no colapsada.
Descripción detallada
Se divulgan circuitos nuevos y útiles que proporcionan ventajas sobre la técnica anterior para controlar motores síncronos de imanes permanentes sin escobillas. Una realización de la presente divulgación incluye uno o más circuitos para un motor conmutado electrónicamente (ECM). Otra realización de la presente divulgación incluye uno o más circuitos para un motor de polos sombreados. En un aspecto, un motor tiene múltiples fases del motor (es decir, devanados del motor de fase) y una tensión de línea de suministro a través de las fases. Las fases del motor se dividen a la mitad y tanto el controlador de motor para el motor como la electrónica de potencia para el motor se colocan en un "punto medio" o "punto central" en la tensión de línea de suministro entre las fases divididas. La fuente de alimentación de corriente continua (CC) (por ejemplo, para la electrónica que se usa en el controlador de motor) también se ubica entre las fases divididas. Las fases del motor proporcionan limitación de corriente y caída de tensión de las líneas de suministro de tensión de línea a la CC de baja tensión para la fuente de alimentación de CC, de esta manera reduce el recuento de componentes de la fuente de alimentación de CC y permite usar componentes de baja tensión para la fuente de alimentación de CC y para el controlador de motor.
Los sistemas anteriores usaban un diodo Zener u otro regulador de tensión que se ubica en serie con un conmutador de potencia y las fases del motor, el cual limitaba la potencia máxima del motor al valor máximo de potencia del diodo Zener. Los circuitos en la presente divulgación eliminan el regulador de tensión del diodo Zener de la trayectoria de corriente primaria para las fases del motor por lo que un regulador de tensión del diodo Zener no se ubica en serie con un conmutador de potencia y las fases del motor, lo que elimina la necesidad de reducir la especificación de potencia que de cualquier otra manera es necesaria para un diodo Zener. En cambio, el diodo Zener u otro regulador de tensión se ubica en paralelo con el(los) conmutador(es) de potencia en algunas realizaciones de la presente divulgación.
Los circuitos de la presente divulgación eliminan la necesidad de un optoacoplador para permitir la conmutación entre la electrónica de detección/control de un controlador de motor y un conmutador de potencia del controlador de motor. Los sistemas anteriores tenían dos valores de referencia neutrales, uno para la electrónica de detección/control y otro para un conmutador de potencia.
Los circuitos de la presente divulgación han mejorado la detección del ángulo de fase de la línea, que elimina la necesidad de un puente de resistencia de precisión vinculado a la entrada de un optoacoplador. Por consiguiente, los circuitos de este aspecto tienen una detección de ángulo de fase de línea más precisa.
Los circuitos de la presente divulgación reducen diferentes valores neutros eléctricos para los conmutadores de potencia y el controlador de motor a un valor. Esto garantiza que el(los) conmutador(es) de potencia de los circuitos con este aspecto pasarán de manera confiable de completamente "apagado" a completamente saturado.
Los sistemas anteriores que incluían dos conmutadores tienen dificultades para apagar un conmutador completamente para una mitad de un ciclo de CA. Los circuitos de la presente divulgación colocan uno o más conmutadores fuera de una fuente de alimentación de CC y del circuito de control del motor, lo que da lugar a una conmutación adecuada.
Cada una de estas mejoras no solo aumenta la fiabilidad del funcionamiento del controlador de motor, sino que también sirve para mejorar la eficiencia combinada de motor/controlador de motor.
Los circuitos de devanado de fase dividida en la presente divulgación se pueden usar en una variedad de motores, tales como motores de CC sin escobillas/motores conmutados electrónicamente (ECM), motores de polos sombreados, otros motores síncronos, motores de condensador dividido permanente (PSC), etc.
Por ejemplo, la Figura 1 representa un motor 102 con devanados del motor de fase dividida 104, 106 y un circuito de control de motor 108 que se ubica en un punto medio 110 en los devanados del motor de fase dividida. El motor 102 incluye un estator 112 y un rotor 114 montados en un eje 116. El rotor 114 se monta para girar en una estructura de núcleo, tal como una estructura de núcleo laminada u otra estructura de núcleo. El rotor 114 tiene una porción de cuerpo que se muestra de forma cilíndrica. Alrededor de la periferia del cuerpo se ubican porciones magnéticas permanentes de forma arqueada. La porción magnética tiene su polo magnético norte adyacente a la superficie exterior del rotor y la porción magnética tiene su polo magnético sur que se ubica junto a la periferia exterior del rotor 114. Un devanado o un par de devanados se montan en la porción de conexión de la estructura del núcleo. El motor 102 también incluye un dispositivo de conmutación de Efecto Hall, cuya porción se extiende adyacente a la periferia del rotor 114 para responder a la polaridad magnética de las respectivas porciones magnéticas del rotor. En la construcción como se muestra, el conmutador de Efecto Hall se ubica adyacente a la periferia exterior de la porción magnética durante la mitad de cada revolución del rotor 114 y adyacente a la periferia exterior de la porción magnética durante la mitad restante de cada revolución del rotor.
El motor 102 puede operar por debajo, a, o por encima de velocidades síncronas. Esto se debe al hecho de que las fracciones de los medios ciclos pueden fluir a través de los devanados de fase.
El circuito de devanado de fase dividida de la Figura 1 incluye las conexiones de entrada en los cables L1 y L2 que se conectan a una fuente de energía de corriente alterna (CA) durante el funcionamiento, tal como la tensión de línea de CA. Los cables L1 y L2 se conectan a través de un circuito en serie que incluye los devanados de fase dividida 104, 106 que se muestran conectados en serie a través de un circuito de control 108. Por ejemplo, el circuito de control 108 puede incluir un circuito puente rectificador de diodos de onda completa que se conecta en serie a los devanados de fase dividida 104, 106 y un circuito de conmutación(es) de potencia que tiene uno o más conmutadores u otros dispositivos de conmutación controlables por potencia que se conectan a la salida. del circuito puente rectificador de diodos de onda completa.
Los devanados de fase dividida 104, 106 pueden ser bifilares o devanados solapados. La fuente de alimentación de corriente alterna tiene su cable L1 que se conecta al lado de inicio S1 del primer devanado 104. El otro extremo del devanado 104, etiquetado F1, se conecta a una de las entradas del circuito de control 108. El otro lado de entrada del circuito de control 108 se une al lado de inicio S2 del segundo devanado de fase dividida 106 y el lado final del mismo devanado de fase dividida, etiquetado F2, se une al cable de entrada L2 de la fuente de alimentación de CA.
Como otro ejemplo, la Figura 2 representa un ECM monofásico 202 en el que los devanados del motor de fase se dividen y un controlador de motor (circuito de control del motor) se ubica en un punto medio en los devanados del motor de fase dividida.
La Figura 3 divulga un circuito de devanado de fase dividida 302 para dividir los devanados del motor de fase 304, 306 (también denominados fases del motor o bobinas de fase en la presente memoria) de un motor a la mitad y colocar tanto un controlador de motor 308 para el motor como la electrónica de potencia para el motor, que incluye la fuente de alimentación de CC 310 y un circuito de conmutación(es) de potencia 312 con uno o más conmutadores de potencia, en un "punto medio" o "punto central" 314 en la tensión de línea de suministro entre las fases divididas 304, 306. En el ejemplo de la Figura 3, el devanado de fase del motor se divide a la mitad. Se permite alguna variación de la mitad de la división, tal como entre cero y más/menos el 20 % del punto medio.
El circuito de devanado de fase dividida 302 de la Figura 3 incluye dos devanados de fase dividida 304, 306, cada uno conectado a la tensión de línea de CA L1 y L2 respectivamente. Una fuente de alimentación de CC 310 se conecta eléctricamente a los devanados de fase dividida 304, 306, tales como en el lado final del primer devanado de fase 304 y el lado de inicio del segundo devanado de fase 306. Los devanados de fase dividida 304, 306 operan para reducir la tensión de línea de CA a una tensión compatible con la fuente de alimentación de CC 310. Por consiguiente, el número de devanados en los devanados de fase dividida 304, 306 se puede seleccionar para reducir la tensión de línea de CA que se recibe en L1 y L2 a una tensión más baja seleccionada a recibir por la fuente de alimentación de CC 310. Los devanados de fase dividida 304, 306 también operan para filtrar el ruido de la tensión de línea de CA que se recibe en L1 y L2.
La fuente de alimentación de CC 310 convierte la potencia de CA de baja tensión que se recibe de los devanados de fase dividida 304, 306 en una tensión de CC que se configura para alimentar los componentes de potencia de CC del circuito de devanado de fase dividida, que incluye el controlador de motor 308. La fuente de alimentación de CC 310 suministra entonces potencia al controlador de motor 308.
El controlador de motor 308 controla la puesta en marcha y funcionamiento del circuito de devanado de fase dividida 302. Por ejemplo, el controlador de motor 308 controla la puesta en marcha, incluso cuando el motor es un motor síncrono. El controlador de motor 308 determina la ubicación del rotor con relación al estator. El controlador de motor 308 también determina y monitorea la velocidad del rotor, tal como en revoluciones por minuto (RPM), para determinar los parámetros de operación del motor, tal como cuando el motor alcanza la velocidad síncrona, y controla el motor en base a la ubicación. del rotor y/o la velocidad del motor. En un ejemplo, el controlador de motor 308 tiene un conmutador de Efecto Hall y/u otro dispositivo de determinación de la rotación para determinar la posición del rotor y/o un dispositivo de conteo de rotación o determinación de la velocidad para determinar la velocidad del rotor.
El circuito de conmutación(es) de potencia 312 incluye uno o más conmutadores de potencia, tales como uno o más transistores de efecto de campo metal-óxido semiconductor (MOSFET), rectificadores controlados de silicio (SCR), transistores, u otros conmutadores o dispositivos de conmutación. Uno o más conmutadores son encendidos o apagados o uno es encendido mientras que el otro es apagado. Por ejemplo, en una mitad del ciclo de un ciclo de CA, un primer conmutador de potencia es encendido y en conducción mientras que el segundo conmutador es apagado y no es conductor. En la otra mitad del ciclo del ciclo de CA, el segundo conmutador de potencia es encendido y en conducción mientras que el primer conmutador es apagado y no es conductor. En los circuitos con un conmutador, el conmutador puede estar encendido y en conducción o apagado y no ser conductor durante una o más porciones del ciclo de CA.
El circuito de conmutación(es) de potencia 312 se aísla de (fuera de) la fuente de alimentación de CC 310, lo que hace que el circuito de devanado de fase dividida 302 sea más estable que los circuitos que tienen el circuito de conmutación(es) de potencia dentro de (y no aislado de) la fuente de alimentación CC.
Normalmente, cuando se enciende(n) el(los) conmutador(es) de potencia de un circuito, solo hay una ligera caída de la tensión a través del (de los) conmutador(es) de potencia debido a la resistencia menor del (de los) conmutador(es) de potencia. Por lo tanto, si la tensión de entrada para la fuente de alimentación de CC se desarrolla al conectar los cables de la fuente de alimentación de CC a ambos lados de un conmutador de potencia (o conmutadores de potencia), esto provocaría que la fuente de alimentación de CC colapsara cuando el conmutador de potencia está en una posición de 'encendido' o no sea capaz de recibir potencia y alimentar los componentes de CC del circuito. El circuito de devanado de fase dividida 302 incluye uno o más componentes de la fuente de alimentación de CC no colapsada 316, 318, que incluyen componentes de caída de tensión o componentes de alimentación de la fuente de alimentación directa de CC para crear una fuente de alimentación de CC no colapsada. Los ejemplos de los componentes de la fuente de alimentación de CC no colapsada 316, 318 incluyen una derivación de los devanados de fase primaria 304, 306 que se conectan eléctricamente a la fuente de alimentación de CC 310, un devanado de bobina de fase secundaria que se conecta a la fuente de alimentación de CC para alimentar la fuente de alimentación, resistencias entre los devanados de fase dividida y el circuito de conmutación(es) de potencia 312, uno o más diodos Zener entre los devanados de fase dividida y el circuito de conmutación(es) de potencia, u otros componentes para crear una caída de la tensión entre los devanados de fase dividida primaria y el circuito de conmutación(es) de potencia para evitar que la fuente de alimentación colapse cuando el(los) conmutador(es) de potencia en el circuito de conmutación(es) de potencia está/están encendidos y en conducción. El circuito de devanado de fase dividida 302, por lo tanto, proporciona un flujo constante de potencia independientemente de si el circuito de conmutación(es) de potencia se enciende y es conductor o se apaga y no es conductor.
Muchos motores síncronos que se controlan electrónicamente tienen circuitos que detectan el cruce por cero de la tensión de CA que se aplica a los devanados de fase. Este circuito de detección de cruce por cero envía una señal al controlador de motor 308 para determinar cuando el motor está a velocidad síncrona. Si la tensión de suministro de CA tiene ruido eléctrico, generalmente debido a otros equipos que operan en el mismo circuito, este ruido eléctrico puede hacer que el detector de cruce por cero funcione incorrectamente y afecte el control del motor, que normalmente aparece como ruido acústico en el motor.
En un ejemplo, el circuito de devanado de fase dividida 302 es parte de un motor síncrono. El motor síncrono recibe potencia de línea (es decir, potencia de CA) en L1 y L2. En un motor síncrono que usa un devanado de fase dividida mediante el uso del circuito asociado de la presente divulgación no se basa en detectar el cruce por cero de la tensión de CA que se aplica para controlar el motor, sino que detecta la polaridad de la tensión, es decir, si la polaridad L2 es mayor o menor que L1 lo que permite un funcionamiento silencioso incluso cuando hay ruido eléctrico en el suministro de CA.
La fuente de alimentación de CC 310 en la Figura 3 se conecta eléctricamente de manera directa a los devanados de fase dividida 304, 306. Por consiguiente, la fuente de alimentación de CC 310 se alimenta por los devanados de fase dividida 304, 306 independientemente del estado del circuito de conmutación(es) de potencia 312.
La Figura 4 divulga otro circuito de devanado de fase dividida 402 para dividir los devanados del motor de fase 404, 406 de un motor a la mitad y colocar tanto un controlador de motor 408 para el motor como la electrónica de potencia para el motor, que incluye la fuente de alimentación de CC 410 y un circuito de conmutación(es) de potencia 412 con uno o más conmutadores de potencia, en un "punto medio" o "punto central" 414 en la tensión de línea de suministro entre las fases divididas. El circuito de devanado de fase dividida 402 de la Figura 4 incluye unas derivaciones 416, 418 de los devanados primarios de fase dividida 404, 406 que se conectan eléctricamente a la fuente de alimentación de CC 410 para crear una fuente de alimentación de CC no colapsada.
En algunos circuitos, cuando el motor alcanza la velocidad síncrona, uno o más conmutador(es) de potencia son apagados y de esta manera hacen que la potencia de baja tensión deje de fluir hacia el controlador de motor. En un ejemplo, la trayectoria de un devanado de fase dividida a través del(de los) conmutador(es) de potencia a otro devanado de fase dividida provoca un cortocircuito, tal como a velocidad síncrona, lo que da lugar a que la fuente de alimentación de CC y el controlador de motor ya no reciben la tensión de suministro de potencia de los devanados de fase, tales como en el caso de que no haya un condensador para mantener la carga durante el cortocircuito o un condensador que está presente no es lo suficientemente grande para mantener suficiente carga durante el cortocircuito. El circuito 402 de la Figura 4 incluye una derivación 416, 418 desde las bobinas de los devanados de fase 404, 406 a la fuente de alimentación de CC 410 para que la fuente de alimentación de baja tensión fluya directamente desde los devanados de fase a la fuente de alimentación de CC, sin corto-circuitar el(los) conmutador(es) de potencia ("controlador de motor de fase dividida"). El circuito 402 de la Figura 4 de esta manera garantiza que la fuente de alimentación de baja tensión se suministre a la fuente de alimentación de CC 410, por ejemplo, a velocidad síncrona.
En un ejemplo, una fuente de alimentación de CC 410 para un controlador de motor de fase dividida se forma por un diodo Zener y un condensador de almacenamiento que recibe potencia durante una porción de un ciclo de corriente alterna (CA) cuando el(los) conmutador(es) de potencia son apagado(s). Cuando el motor está funcionando a velocidad síncrona, el(los) conmutador(es) de potencia está(n) en conducción de forma continua. Por lo tanto, la cantidad de tensión que se suministra a la fuente de alimentación de CC es igual a la caída de tensión a lo largo del (de los) conmutador(es), lo que puede dar lugar a una tensión baja cuando se usan MOSFET de potencia de baja resistencia (RDS (encendido)).
La Figura 5 divulga otro circuito de devanado de fase dividida 502 para dividir los devanados del motor de fase 504, 506 de un motor a la mitad y colocar tanto un controlador de motor 508 para el motor como la electrónica de potencia para el motor, que incluye la fuente de alimentación de CC 510 y un circuito de conmutación(es) de potencia 512 con uno o más conmutadores de potencia, en un "punto medio" o "punto central" 514 en la tensión de línea de suministro entre las fases divididas. El circuito 502 de la Figura 5 incluye las resistencias R1 y R2 entre los devanados del motor de fase 504, 506 y el circuito de conmutación(es) de potencia 512 para retener y por lo tanto mantener la fuente de alimentación de baja tensión suministrada desde los devanados de fase a la fuente de alimentación de CC 510 y crear una fuente de alimentación de CC no colapsada. El circuito de la Figura 5 mantiene de esta manera la fuente de alimentación de baja tensión a la fuente de alimentación de CC 510, por ejemplo, a velocidad síncrona.
La Figura 6 divulga otro circuito de devanado de fase dividida 602 para dividir los devanados del motor de fase 604, 606 de un motor a la mitad y colocar tanto un controlador de motor 608 para el motor como la electrónica de potencia para el motor, que incluye la fuente de alimentación de CC 610 y un circuito de conmutación(es) de potencia 612 con uno o más conmutadores de potencia, en un "punto medio" o "punto central" 614 en la tensión de línea de suministro entre las fases divididas. Los devanados primarios de fase dividida 604, 606 limitan la corriente que puede fluir a la fuente de alimentación de CC 610 al eliminar la necesidad de componentes limitantes de corriente que desperdician potencia. El circuito de devanado de fase dividida 602 de la Figura 6 incluye los devanados de fase secundaria 616, 618 que se conectan eléctricamente a la fuente de alimentación de CC 610 para crear una fuente de alimentación de CC no colapsada.
En un ejemplo, el circuito de conmutación(es) de potencia 612 incluye un diodo Zener u otro regulador de tensión y un conmutador de potencia en paralelo. Mientras que los sistemas anteriores incluían el circuito de potencia en serie con otros componentes. Debido a que el conmutador de potencia está en paralelo con el diodo Zener y no en serie, éste siempre puede estar encendido. Sin embargo, si el conmutador de potencia es apagado, la corriente aún puede fluir a través del diodo Zener.
El circuito de la Figura 6 incluye una o más bobinas secundarias 616, 618 (también denominadas como devanado secundario) que proporcionan una fuente de alimentación de baja tensión a la fuente de alimentación de CC 610, tal como cuando el motor se pone en marcha. Una o más bobinas secundarias 616, 618 también actúan como un filtro de ruido de alta frecuencia para filtrar el ruido de alta frecuencia de la tensión de baja potencia suministrado a la fuente de alimentación de CC 610.
Los devanados secundarios 616, 618 se pueden distribuir en cualquier lugar, tal como uniformemente entre el primer y segundo devanado de fase dividida 604, 606, todos en un polo, o de manera desigual entre el primer y segundo devanado de fase dividida, tal como un mayor número de vueltas o bobinas en un devanado secundario que en otro devanado secundario.
En el ejemplo de la Figura 6, el circuito de devanado de fase dividida 602 puede apagar la electrónica de CC, que incluye el controlador de motor 608, cuando el motor se enciende y a velocidad síncrona. Por consiguiente, el controlador de motor 608 del circuito de devanado de fase dividida 602 determina la velocidad del motor y si el motor está o no a velocidad síncrona. Por ejemplo, 1,800 RPM puede ser la velocidad síncrona para un motor con cuatro polos del estator (dos polos norte del estator y dos polos sur del estator). Cada medio ciclo de CA, se suministra potencia a uno de los polos magnéticos. Por lo tanto, se necesitan dos ciclos para proporcionar potencia a los cuatro polos magnéticos. Por consiguiente, la velocidad síncrona es de 1,800 RPM si el motor se sincroniza con la línea de CA. De manera similar, la velocidad síncrona para un estator de ocho polos sería de 900 RPM.
La Figura 7 representa un control de la dirección de la corriente de fase durante la puesta en marcha y el funcionamiento continuo por debajo de velocidades síncronas en un circuito de devanado de fase dividida 702.
Como se muestra en la Figura 7, la corriente siempre fluirá a través de ambos devanados de fase dividida 704, 706 y el circuito de control en la misma dirección. Los devanados de fase dividida 704, 706, que están en serie con el circuito de control, representan un devanado con el circuito de control que se coloca en el punto medio o punto central entre los devanados de fase dividida. La corriente y la tensión aplicadas a los devanados de fase dividida siempre estarán en la misma dirección a través de ambas bobinas, y la polaridad magnética de los devanados de fase dividida será igualmente la misma.
Como se analiza más abajo, el circuito de control puede incluir un circuito puente rectificador de diodos cuya salida se conecta a uno o más conmutadores de potencia. Como se muestra en la Figura 7, si los terminales de salida del puente rectificador de diodos del circuito de control están en cortocircuito cuando la tensión en el cable L1 es positiva, la corriente solo fluirá a través de los devanados 704, 706 en una dirección, pero en incrementos de medio ciclo. Si la tensión entre los cables L1 y L2 es de 60 ciclos, entonces las salidas del circuito puente rectificador de diodos en el circuito de control estarán en cortocircuito solo cuando el cable L1 sea positivo, y el flujo de corriente fluirá solo en una dirección y durante 8 milisegundos. No fluirá corriente durante 8 milisegundos en los medios ciclos alternos. Después, la corriente fluiría durante otros 8 milisegundos y así sucesivamente. Si la salida del circuito de puente de diodos del circuito de control está en cortocircuito cuando el cable L2 es positivo, entonces la potencia fluirá exactamente de la misma manera. Si el cortocircuito de la salida del puente se logra de forma selectiva, es decir, en base a la posición angular del rotor magnético, se producirá una acción continua del motor. Si la salida del circuito puente rectificador de diodos en el circuito de control tiene un cortocircuito durante una fracción de medio ciclo de manera selectiva en base a la posición angular del rotor magnético como se describió anteriormente, y solo cuando el cable L1 es positivo, entonces se puede lograr cualquier velocidad deseada, que incluye velocidades superiores a la velocidad síncrona. Las características de dicho motor serían similares a las de un motor de CC con corriente pulsante que se aplica a las entradas. Sin embargo, en vez de que múltiples componentes de conmutación de potencia logren la conmutación de los devanados de fase dividida, el circuito de devanado de fase dividida hace uso del hecho de que la corriente alterna junto con un componente de conmutación de potencia puede realizar la conmutación.
La Figura 8 representa un ejemplo de control de la dirección de la corriente de fase a una velocidad síncrona de 1,800 revoluciones por minuto (RPM) en un circuito de devanado de fase dividida de cuatro polos. A velocidad síncrona, la fase controlada se sincroniza con la entrada de línea de CA.
La Figura 9 representa un control de la dirección de la corriente de fase a una velocidad síncrona de 3,600 revoluciones por minuto (RPM) en un circuito de devanado de fase dividida de dos polos. A velocidad síncrona, la fase controlada se sincroniza con la entrada de línea de CA.
La Figura 10 representa un ejemplo de los periodos de carga del condensador de almacenamiento de la fuente de alimentación de CC en un circuito de devanado de fase dividida. Tener en cuenta la correlación con la forma de onda de la Figura 7.
La Figura 11 representa un circuito de devanado de fase dividida 1102 con una bobina secundaria 1104, 1106 y un conmutador de potencia 1108. Los devanados primarios de fase dividida 1110, 1112 limitan la corriente que puede fluir a la fuente de alimentación de CC.
El circuito de control 1114 controla la conmutación para el circuito de conmutación(es) de potencia en base a la sincronización de la frecuencia de entrada y la posición del rotor. El circuito de control 1114 controla la puesta en marcha y el funcionamiento del circuito de devanado de fase dividida. Por ejemplo, el circuito de control 1114 controla la puesta en marcha, incluso cuando el motor es un motor síncrono. El circuito de control 1114 determina la ubicación del rotor con relación al estator. El circuito de control 1114 también determina y monitorea la velocidad del rotor, tal como en revoluciones por minuto (RPM), para determinar los parámetros de operación del motor, como cuando el motor ha alcanzado la velocidad síncrona, y controla el motor en base a la ubicación. del rotor y/o la velocidad del motor. En un ejemplo, el circuito de control 1114 tiene un conmutador de efecto Hall y/u otro dispositivo de determinación de la rotación para determinar la posición del rotor y/o un dispositivo de determinación de conteo de rotación o velocidad para determinar la velocidad del rotor.
En un ejemplo, el circuito de conmutación(es) de potencia incluye un diodo Zener 1116 u otro regulador de tensión y un conmutador de potencia en paralelo 1108. Mientras que los sistemas anteriores incluían el circuito de potencia en serie con otros componentes. Debido a que el conmutador de potencia 1108 está en paralelo con el diodo Zener 1116 y no en serie, siempre puede estar encendido. Sin embargo, si el conmutador de potencia es apagado, la corriente aún puede fluir a través del diodo Zener.
El circuito de la Figura 11 incluye una o más bobinas secundarias 1104, 1106 (también denominadas devanado secundario) que proporcionan una fuente de alimentación de baja tensión a la fuente de alimentación de CC, tal como cuando el motor se pone en marcha. Una o más bobinas secundarias 1104, 1106 también actúan como un filtro de ruido de alta frecuencia para filtrar el ruido de alta frecuencia de la tensión de baja potencia que se suministra a la fuente de alimentación de CC.
Los devanados secundarios 1104, 1106 se pueden distribuir en cualquier lugar, tal como uniformemente entre el primer y segundo devanado de fase dividida 1110, 1112, todos en un polo, o de manera desigual entre el primer y segundo devanado de fase dividida, tal como un mayor número de vueltas o bobinas en un devanado secundario que en otro devanado secundario.
La forma en que las bobinas se conectan al circuito a través del puente rectificador de diodos 1118 permite que la corriente fluya a través de las bobinas en una sola dirección en un momento dado. Las mejoras que se han realizado en este motor y controlador mejoran considerablemente la fuente de alimentación lógica de c C lo que permite un circuito de control lógico más confiable. Las bobinas secundarias 1104, 1106 se enrollan con las bobinas del motor en un procedimiento que crea un transformador mediante el uso de las bobinas del motor como primarias 1110, 1112.
Las mejoras que se han realizado en este motor y controlador mejoran considerablemente la fuente de alimentación lógica de CC, lo que permite un circuito de control lógico más confiable. Las bobinas secundarias se enrollan con las bobinas del motor en un procedimiento que crea un transformador mediante el uso de las bobinas del motor como primarias. El ejemplo de la Figura 11 usa una relación de 20:1. El ejemplo de la Figura 11 incluye 1,000 vueltas para la bobina primaria del motor y 50 vueltas para la bobina secundaria que se enrollan en el mismo polo del estator. Sin embargo, se pueden usar otras relaciones de rotación, mayores o menores. La relación entre las bobinas primarias del motor 1110, 1112 y las bobinas secundarias 1104, 1106 puede cambiar con los requisitos de la potencia de entrada de CA y/o de potencia de CC. Este circuito no solo aísla todos los circuitos de CC de las altas tensiones de línea, sino que también crea una fuente de alimentación de CC no colapsable para el circuito de control cuando se aplica potencia a las entradas L1 y L2.
El circuito de conmutación(es) de potencia consiste en 2 componentes principales, un puente rectificador de onda completa 1118 y un conmutador de potencia MOSFET 1108. El puente rectificador de onda completa 1118 garantiza que no se suministrará tensión negativa al drenaje (parte superior) del conmutador de potencia 1108. El puente rectificador de onda completa 1118 también garantiza que no se suministrará tensión positiva a la fuente (parte inferior) del conmutador de potencia 1108 para que la corriente solo pueda fluir desde el drenaje a la fuente del conmutador de potencia 1108 cuando se polarice por una tensión positiva en la puerta del conmutador de potencia 1108 a través de la resistencia R1. Simultáneamente, como una fuente de alimentación de CA rectificada positiva está presente en el drenaje del conmutador de potencia 1108, el conmutador de potencia 1108 se polariza por la misma señal de tensión a través de la resistencia R1. El diodo 1116 protege la puerta del conmutador de potencia 1108 que garantiza que cualquier tensión en la puerta del conmutador de potencia 1108 será mayor que -0,7 VDC, ya que cualquier tensión menor podría dañar o destruir el conmutador de potencia 1108. La resistencia R11 y el condensador C5 se usan como un "amortiguador" para filtrar los transitorios o el ruido de alta frecuencia. R11 y C5 proporcionan protección adicional para el conmutador de potencia del MOSFET 1108, especialmente en entornos ruidosos.
La Figura 12 representa un circuito de devanado de fase dividida 1202 con unas bobinas secundarias 1104, 1106 y un conmutador de potencia 1108. El circuito de la Figura 12 incluye el mismo circuito de conmutación(es) de potencia de la Figura 11 y las mismas bobinas secundarias 1104, 1106. Además, el circuito de control 1114A de la Figura 12 incluye un circuito de control lógico 1204 para controlar el funcionamiento del motor, que incluye a través de la velocidad síncrona, un circuito de desconexión de control lógico 1206 para controlar cuando el circuito de conmutación(es) de potencia se apaga, y una fuente de alimentación de c C no colapsada 1208 para suministrar potencia de CC al circuito de control lógico y al circuito de desconexión de control de inicio de sesión. El circuito de control lógico 1204 y el circuito de desconexión de control lógico 1206 se pueden configurar como un único circuito de control lógico.
En una realización, un propósito de este circuito de devanados de fase dividida 1202 es permitir que un motor funcione sincrónicamente a la frecuencia de línea de fuente de alimentación de CA (por ejemplo, para un motor de 4 polos, 60 Hz = 1,800 rpm y 50 Hz = 1,500 rpm). Sin ninguno de los circuitos de control, el circuito de conmutación(es) de potencia permitiría que la corriente fluyera como si los pares de bobinas L1 y L2 estuvieran en cortocircuito a través del circuito de conmutación(es) de potencia. El circuito de control simplemente apaga el circuito de conmutación(es) de potencia hasta que el rotor esté en la posición adecuada en comparación con la tensión de línea. Por esta razón, en un aspecto, el circuito del (de los) conmutador(es) de potencia se clasifica para la tensión de línea de la fuente de alimentación de CA. Los componentes de los circuitos de control pueden estar todos en la tensión de nivel lógico (VCC). La potencia lógica se suministra por las bobinas secundarias 1104, 1106 que se enrollan en los mismos polos que las bobinas primarias del motor 1110, 1112. Las bobinas secundarias 1104, 1106 se pueden enrollar en cualquier número de polos siempre que la potencia secundaria cumpla con los requisitos de potencia lógica. Dado que el circuito de control solo es necesario para arrancar el motor y llevarlo a la velocidad síncrona, el circuito de desconexión de control lógico se incluye opcionalmente para desconectar el circuito de control principal. El circuito de desconexión de control lógico es opcional. Al desconectar el circuito de control, el circuito de conmutación(es) de potencia permitirán la potencia de línea completa al motor menos cualquier pérdida en el circuito de conmutación(es) de potencia. Esto aumentará la eficiencia total y la vida útil de los componentes especialmente cuando el motor funciona durante períodos prolongados.
Las Figuras 13 y 13A representan un circuito de devanado de fase dividida con una bobina secundaria y un conmutador de potencia. El circuito tiene dos entradas de línea de suministro de CA L1 y L2, que se conectan a una fuente de alimentación de CA durante el funcionamiento del motor.
Interruptor de Potencia
El bloque del Interruptor de Potencia consiste en de 2 componentes principales, un puente rectificador de onda completa BR1 y un conmutador de potencia MOSFET Q1. El puente rectificador de onda completa BR1 garantiza que no se suministrará tensión negativa al drenaje (parte superior) del conmutador de potencia Q1. El puente rectificador de onda completa BR1 también garantiza que no se suministrará tensión positiva a la fuente (parte inferior) del conmutador de potencia Q1, para que la corriente solo pueda fluir desde el drenaje a la fuente del conmutador de potencia Q1 cuando se polarice por una tensión positiva en la puerta del conmutador de potencia Q1 a través de la resistencia R1. Simultáneamente, como una fuente de alimentación de CA rectificada positiva está presente en el drenaje del conmutador de potencia Q1, el conmutador de potencia Q1 se polariza por la misma señal de tensión a través de la resistencia R1. El diodo D5 protege la puerta del conmutador de potencia Q1 lo cual garantiza que cualquier tensión en la puerta del conmutador de potencia Q1 será mayor que -0,7 VCC, ya que cualquier tensión menor podría dañar o destruir el conmutador de potencia Q1. La resistencia R11 y el condensador C5 se usan como un "amortiguador" para filtrar los transitorios o el ruido de alta frecuencia. R11 y C5 proporcionan protección adicional para el conmutador de potencia MOSFET Q1, especialmente en entornos ruidosos.
Fuente de alimentación de CC;
Tan pronto como se aplica potencia al motor y la corriente fluye a través de los devanados del motor de fase (bobinas primarias del motor), hay potencia en los devanados secundarios (bobinas secundarias) de la misma manera que la operación de un transformador. El valor de la tensión en las bobinas secundarias es directamente proporcional a la tensión de entrada y la relación de recuento de vueltas de la primaria a la secundaria. Al usar el ejemplo de la Figura 11, si la tensión de entrada a las bobinas primarias es de 120 VCA y la relación de recuento de vueltas de la primaria a la secundaria es de 20:1, entonces la tensión en las bobinas secundarias se calcularía en aproximadamente 6 VCA menos las pérdidas. La potencia de las bobinas secundarias se suministra directamente desde las bobinas secundarias a la fuente de alimentación de CC. El puente rectificador de onda completa BR2 rectifica la fuente de alimentación de CA de baja tensión de las bobinas secundarias. El puente rectificador de onda completa BR2 puede ser un componente de baja potencia en base a los requisitos de suministro de CC.
Los diodos Zener Z1 y Z2 se conectan en serie entre sí ánodo a ánodo, y cada cátodo se conecta a las entradas de la fuente de alimentación de CA del puente rectificador de onda completa BR2. Este procedimiento se usa para proteger el puente rectificador de onda completa BR2 de las entradas de la fuente de alimentación de CA que podrían exceder los valores nominales máximos del componente. La salida negativa del puente rectificador de onda completa BR2 se conecta a la tierra del circuito, que también se conecta a la misma tierra que el bloque del conmutador de potencia. La salida positiva del puente rectificador de onda completa BR2 se conecta al regulador de baja caída LDO1 y al condensador C1. El condensador C1 se proporciona para suavizar la señal de la fuente de alimentación de CA rectificada que va a la entrada del regulador de baja caída LDO1. Se podría usar un condensador de derivación C7 en la salida del regulador de baja caída LDO1 para ayudar a reducir el ruido en la rampa de CC positiva (VCC). Además, se podría usar un condensador C10 mayor en la salida del regulador de baja caída LDO1 para suavizar la rampa de CC positiva y garantizar la potencia durante algunas situaciones de baja tensión. C7 y C10 no son necesarios, pero se proporcionan para agregar fiabilidad y protección a los componentes de CC de baja tensión, especialmente en un entorno ruidoso.
Control Lógico
El circuito de control controla la conmutación del circuito del (de los) conmutador(es) de potencia con base en la sincronización de la frecuencia de entrada de la línea de suministro de CA y la posición del rotor. La sincronización de la frecuencia de entrada de la línea de suministro de CA se detecta mediante el uso de un búfer de CA que consiste en los transistores de unión bipolar (BJT) Q2 y Q3 y los diodos D6 y D7. La corriente a la entrada del búfer de CA se limita por una resistencia de alto valor R3. El diodo D6 asegura que la entrada del búfer de CA no sea mayor que la tensión de suministro de CC positiva. El diodo D7 asegura que la entrada del búfer de CA sea mayor que -0,7 voltios con referencia a la tierra de suministro de CC.
Cuando la entrada al búfer de CA es lógica alta, BJT Q2 se polariza y la salida del búfer de CA es también lógica alta. Cuando la entrada al búfer de CA es lógica baja, BJT Q3 se polariza y la salida del búfer de CA es lógica baja. La salida del búfer de CA se conecta a un filtro que consiste en el condensador C6 y la resistencia R13. El filtro no es necesario, pero proporciona protección y fiabilidad en entornos ruidosos.
La polaridad del imán del rotor se detecta mediante el uso del conmutador de efecto Hall IC1. Sin embargo, se puede usar otro conmutador o dispositivo sensor para detectar la polaridad del imán del rotor y/o la posición del rotor y/o determinar la velocidad y/o determinar las revoluciones del rotor. El conmutador de efecto Hall IC1 es una salida de colector abierto y, por lo tanto, requiere un pull-up a la rampa de CC positiva (VCC). La resistencia R2 proporciona el pull-up requerido para la salida de colector abierto.
La salida del conmutador de efecto Hall IC1 y la salida del búfer de CA se comparan mediante el uso de una lógica de circuito único XOR IC2. La salida del XOR IC2 es la diferencia entre el conmutador de efecto Hall IC1 y el búfer de CA, que polarizará el conmutador de potencia MOSFET Q1 del circuito del (de los) conmutador(es) de potencia.
Cuando la salida del conmutador de efecto Hall IC1 es lógica baja, el conmutador de potencia Q1 solo se polariza cuando la entrada de suministro de CA L1 al motor es negativa. Cuando la salida del conmutador de efecto Hall IC1 es lógica alta, el conmutador de potencia Q1 solo se polarizará cuando la entrada de alimentación de CA L1 al motor sea positiva. Durante la puesta en marcha del motor, puede haber múltiples ciclos de entrada de CA en los que solo las entradas positivas o negativas de la entrada de suministro de CA L1 pasarán a través del conmutador de potencia Q1.
Mediante el uso del conmutador de potencia Q1, las formas de onda se pueden "cortar" o desconectarse en cualquier momento cuando la tensión de drenaje y de puerta del conmutador de potencia Q1 está por encima de la tensión de polarización. Por ejemplo, ver la Figura 7. La puerta del conmutador de potencia Q1 se mantiene lógica baja cuando la salida del XOR IC2 es lógica alta al polarizar BJT Q4. Cuando BJT Q4 se polariza, cualquier corriente que fluya desde la resistencia corto-circuitará la puerta del conmutador de potencia Q1 y fluirá a través de BJT Q4 desde el colector al emisor que conecta eléctricamente la puerta del conmutador de potencia Q1 a su fuente y desconectará el conmutador de potencia Q1 inmediatamente.
Cuando la frecuencia del conmutador de efecto Hall IC1 coincide con la frecuencia del suministro de CA de entrada, el motor funciona sincrónicamente. Si el motor funciona sincrónicamente, el circuito de control no se necesita hasta que el motor no se sincronice o se detenga y vuelva a arrancar. Cuando la frecuencia al regulador de tensión IC3 detecta una velocidad síncrona o mayor desde el conmutador de efecto Hall IC1, la salida del XOR IC2 se mantiene lógica baja a través de la salida de colector abierto del regulador de tensión IC3. Si la velocidad del sensor es menor que la del suministro de CA de entrada, la salida de colector abierto del regulador de tensión IC3 se apaga, lo que no afectará la salida del XOR IC2.
Este procedimiento asegura que cuando el motor funciona a una velocidad síncrona, el control lógico no desconecte el conmutador de potencia Q1. Pero, si el motor se ralentiza por debajo de las velocidades síncronas, entonces el controlador lógico controlará la sincronización del motor como lo hace para el arranque. Mediante el uso de este procedimiento se mejora la eficiencia general del motor y la vida útil esperada de los componentes en el circuito.
Se requieren componentes externos para configurar la sincronización del regulador de tensión IC3. Las resistencias R4, R5, R6 y R7 pueden tener una tolerancia del 1 % para que el regulador de tensión IC3 opere dentro de parámetros precisos. El condensador C1 opera junto con las resistencias R6 y R7 para establecer la frecuencia a la que se activará la salida de colector abierto del regulador de tensión IC3. El condensador C3 se usa para una bomba de carga interna en el regulador de tensión IC3. El condensador C4 se usa para el acoplamiento de CA en la entrada al regulador de tensión IC3, ya que el regulador de tensión IC3 solo detectará frecuencias que tengan un cruce de tensión cero. La resistencia R8 limita la corriente al acoplamiento de CA C4 en la entrada del regulador de tensión IC3.
La Figura 14 representa un circuito de devanado de fase dividida con dos conmutadores de potencia.
La Figura 15 representa un circuito de devanado de fase dividida con un conmutador de potencia.
La Figura 16 representa un circuito de devanado de fase dividida con dos conmutadores de potencia en serie. Los diodos D1 y D2 son IN4003 y los diodos D3 y D4 son 1N914. Los transistores Q3 y Q4 son 2N3904. IC1 es un conmutador/sensor de efecto Hall. Los diodos D5 y D6 se usan para aumentar la capacidad de corriente de los diodos internos en los conmutadores Q1 y Q2 (d1 y d2) si la corriente de fase excede la capacidad de corriente continua de los diodos internos. Los condensadores C2 y C3 son opcionales en una realización. Los condensadores C2 y C3 se usan para crear una demora de 'encendido' para los conmutadores Q1 y Q2 para agregar tiempo de carga adicional para el condensador C1 si es necesario para asegurar un suministro sólido de 3,3 VDC o 5 VDC para el conmutador/sensor Hall IC1, en dependencia de la elección del dispositivo para el conmutador/sensor Hall IC1. En los sistemas anteriores, se necesitaban 5 VDC para encender el conmutador MOSFET de potencia de nivel lógico.
Los diodos D1, D2, d1, y d2 realizan la rectificación de la alimentación de CA para la fuente de alimentación de CC para el conmutador/sensor Hall IC1.
El diodo Zener ZD1 proporciona el regulador de tensión para el suministro de CC del conmutador/sensor Hall IC1.
RL proporciona la limitación de corriente para la fuente de alimentación de CC. Se debe configurar para limitar la corriente aproximadamente a 10 mA. El conmutador/sensor Hall IC1 utiliza 6 mA, incluida la corriente de accionamiento base para el transistor de salida de colector abierto interno. Se usará corriente CC adicional para conmutar Q3 y se suministrará a través de la resistencia de 'pull up' R3. La corriente de colector a emisor para el conmutador Q3 y la corriente de base y de colector a emisor para el conmutador Q4 no se suministra por la fuente de alimentación de CC sino se suministra por la corriente a través de los devanados del motor de fase. Es preferible asegurarse de que los transistores Q3 y Q4 se apaguen completamente en los tiempos adecuados. Se prefiere en una realización, pero no es un requisito, que los conmutadores sean encendidos completamente o en saturación en los tiempos adecuados para una máxima eficiencia operativa.
La Figura 17 representa un circuito de devanado de fase dividida con una derivación del devanado de bobina de fase dividida a la fuente de alimentación de corriente continua (CC) y dos conmutadores de potencia en serie.
La Figura 18 representa un circuito de devanado de fase dividida con dos conmutadores de potencia en paralelo.
La Figura 19 representa un circuito de devanado de fase dividida con una derivación del devanado de bobina de fase dividida a la fuente de alimentación de corriente continua (CC) y dos conmutadores de potencia en paralelo.
La Figura 20 representa un motor con un circuito de devanado de fase dividida que tiene un devanado primario de fase de CA y un devanado secundario para crear una fuente de alimentación de CC no colapsada. En el motor de la Figura 20, el devanado secundario se enrolla en todos los polos. Sin embargo, el devanado secundario se puede enrollar en un solo polo, dos polos, tres polos u otro número de polos. El devanado secundario se conecta en serie con el devanado de fase primaria en el motor de la Figura 20. Sin embargo, el devanado secundario también se puede conectar en paralelo o con una combinación de ambos en serie y en paralelo. El motor de la Figura 20 es un motor síncrono de imán permanente de cuatro polos. La velocidad síncrona del motor cuando funciona a 60 Hz CA es 1,800 RPM.
La Figura 21 representa un motor con un circuito de devanado de fase dividida que tiene un devanado primario de fase de CA y un devanado secundario para crear una fuente de alimentación de Cc no colapsada que se enrolla en un solo polo. El motor de la Figura 21 es un motor síncrono de imanes permanentes de cuatro polos. La velocidad síncrona del motor cuando funciona a 60 Hz CA es 1,800 RPM.
La Figura 22 representa un motor 2202 con un circuito de devanado de fase dividida con un devanado de fase primaria derivada para crear una fuente de alimentación de CC no colapsada. El motor de la Figura 22 es un motor síncrono de imán permanente de cuatro polos. La velocidad síncrona del motor cuando funciona a 60 Hz CA es 1,800 RPM.
El motor tiene un estator 2204 con 4 polos 2206-2212 y un rotor 2214 con 4 imanes N, S, N, S 2216-2222 que se orientan hacia el estator. El motor 2202 tiene un eje (círculo central) 2224 y una plancha posterior del rotor (el área entre el eje y los imanes) 2226. Los devanados primarios de fase dividida 2228, 2230 se conectan a una fuente de alimentación de CA en L1 y L2, respectivamente. Un devanado secundario 2232, 2234 se conecta a la fuente de alimentación de CC 2236.
La Figura 23 representa un motor con un circuito de devanado de fase dividida 2302 con resistencias 2304, 2306 entre los devanados de fase dividida 2308, 2310 y el circuito de conmutación(es) de potencia 2312 para crear una fuente de alimentación de CC no colapsada. El motor de la Figura 23 es un motor síncrono de imán permanente de cuatro polos. La velocidad síncrona del motor cuando funciona a 60 Hz CA es 1,800 RPM.
La Figura 24 representa un motor con un circuito de devanado de fase dividida 2402 con diodos Zener 2404, 2406 entre los devanados de fase dividida 2408, 2410 y el circuito de conmutación(es) de potencia 2412 para crear una fuente de alimentación de CC no colapsada. El motor de la Figura 24 es un motor síncrono de imán permanente de cuatro polos. La velocidad síncrona del motor cuando funciona a 60 Hz CA es 1,800 RPM.
Los expertos en la técnica apreciarán que variaciones de las realizaciones específicas divulgadas anteriormente se contemplan en la invención. La invención no se debería limitar a las realizaciones anteriores, sino que se debería medir mediante las siguientes reivindicaciones.

Claims (17)

REIVINDICACIONES
1. Un circuito que comprende:
devanados del motor de fase (304, 306) dividida aproximadamente al menos por la mitad;
una fuente de alimentación de CC (310) entre los devanados del motor de fase dividida para recibir potencia de CA transferida desde los devanados del motor de fase dividida y convertir la potencia de CA en potencia de CC;
un circuito de conmutación de potencia (312) que comprende al menos un conmutador de potencia fuera de una trayectoria de corriente entre los devanados del motor de fase dividida y la fuente de alimentación de CC, al menos un conmutador de potencia se dispone entre los devanados del motor de fase dividida para recibir potencia de CA de los devanados del motor de fase dividida; y
un primer componente (316) para evitar que la fuente de alimentación de CC colapse cuando al menos un conmutador de potencia es activado durante una primera porción de un ciclo de CA, y un segundo componente (318) para evitar que la fuente de alimentación de CC colapse cuando al menos un conmutador de potencia es activado durante una segunda porción del ciclo de CA.
2. El circuito de la reivindicación 1, en el que el primer y segundo componentes comprenden al menos uno de:
una o más resistencias (R1, R2) entre los devanados del motor de fase dividida y el circuito de conmutación de potencia;
uno o más diodos Zener (2404, 2406) entre los devanados del motor de fase dividida y el circuito de conmutación de potencia; y
un componente eléctrico para crear una caída de tensión entre los devanados del motor de fase dividida y el circuito de conmutación de potencia para evitar que la fuente de alimentación de CC colapse cuando al menos un conmutador de potencia en el circuito de conmutación de potencia es activado.
3. El circuito de la reivindicación 1, en el que el primer y segundo componentes comprenden al menos uno de:
una derivación (416, 418) de los devanados del motor de fase dividida que se conecta eléctricamente a la fuente de alimentación de CC para suministrar la potencia de CA a la fuente de alimentación de CC y cortocircuitar el circuito de conmutación de potencia; y
un devanado de bobina de fase secundaria (616, 618) que se enrolla en relación con los devanados del motor de fase dividida y que se conecta eléctricamente a la fuente de alimentación de CC para suministrar la potencia de CA a la fuente de alimentación de CC y corto-circuitar el circuito de conmutación de potencia.
4. El circuito de la reivindicación 1, en el que el circuito de conmutación de potencia comprende al menos uno de: (i) al menos un diodo Zener (1116) en paralelo con al menos un conmutador de potencia (1108), en el que la corriente fluye a través de al menos un diodo Zener cuando al menos un conmutador de potencia es activado y desactivado y (ii) un regulador de tensión en paralelo con al menos un conmutador de potencia, en el que la corriente fluye a través del regulador de tensión cuando al menos un conmutador de potencia es activado y desactivado.
5. El circuito de la reivindicación 1 en el que los devanados del motor de fase dividida (304, 306) se dividen por la mitad y el circuito de conmutación de potencia (312) y el primer y segundo componentes (316, 318) se ubican entre los devanados del motor de fase dividida.
6. El circuito de la reivindicación 1 en el que la fuente de alimentación de CC (310) se ubica al menos aproximadamente en un punto medio (314) entre los devanados del motor de fase dividida.
7. El circuito de la reivindicación 1 se configura además para usarse en un motor (102), el circuito de la reivindicación 1 comprende además un circuito de control (1114, 1114A) para controlar el circuito de conmutación de potencia y el circuito de control comprende un circuito de desconexión de control lógico (1206) para desconectar el circuito de control cuando el motor (102) que comprende el circuito está a velocidad síncrona.
8. El circuito de la reivindicación 1 se configura además para usarse en un motor (102), comprendiendo el motor un rotor (114) y un estator (112), los devanados del motor de fase dividida reciben tensión de línea de CA (L1, L2), y el circuito comprende un circuito de control (1114, 1114A) para controlar la conmutación del circuito de conmutación de potencia en base a una entrada de línea de suministro de CA y una posición del rotor.
9. El circuito de la reivindicación 1 se configura además para usarse en un motor (102), en el que el motor (102) que comprende el circuito se selecciona de al menos uno de entre un motor DC sin escobillas, un motor conmutado electrónicamente, un motor de polos sombreados, y un motor de condensado dividido permanente.
10. Un procedimiento para un circuito de un motor que comprende:
proporcionar devanados del motor de fase dividida (304, 306) al menos aproximadamente por la mitad; proporcionar una fuente de alimentación de CC (310) entre los devanados del motor de fase dividida para recibir potencia de CA transferida desde los devanados del motor de fase dividida y convertir la potencia de CA en potencia de CC;
proporcionar un circuito de conmutación de potencia (312) que comprende al menos un conmutador de potencia fuera de una trayectoria de corriente entre los devanados del motor de fase dividida y la fuente de alimentación de CC, disponiéndose al menos un conmutador de potencia entre los devanados del motor de fase dividida para recibir potencia de CA de los devanados del motor de fase dividida; y
proporcionar un primer componente (316) para evitar que la fuente de alimentación de CC colapse cuando al menos un conmutador de potencia es activado durante una primera porción de un ciclo de CA, y un segundo componente (318) para evitar que la fuente de alimentación de CC colapse cuando al menos un conmutador de potencia es activado durante una segunda porción del ciclo de CA.
11. El procedimiento de la reivindicación 10 que comprende además proporcionar para el primer y segundo componentes al menos uno de:
una o más resistencias (R1, R2) entre los devanados de fase dividida y el circuito de conmutación de potencia; uno o más diodos Zener (2404, 2406) entre los devanados del motor de fase dividida y el circuito de conmutación de potencia; y
un componente eléctrico para crear una caída de tensión entre los devanados del motor de fase dividida y el circuito de conmutación de potencia para evitar que la fuente de alimentación de CC colapse cuando al menos un conmutador de potencia en el circuito de conmutación de potencia es activado.
12. El procedimiento de la reivindicación 10 que comprende además proporcionar para el primer y segundo componentes al menos uno de:
una derivación (416, 418) de los devanados del motor de fase dividida que se conecta eléctricamente a la fuente de alimentación de CC para suministrar la potencia de CA a la fuente de alimentación de CC y cortocircuitar el circuito de conmutación de potencia; y
un devanado de bobina de fase secundaria (616, 618) que se enrolla en relación con los devanados del motor de fase dividida y que se conecta eléctricamente a la fuente de alimentación de CC para suministrar la potencia de CA a la fuente de alimentación de CC y corto-circuitar el circuito de conmutación de potencia.
13. El procedimiento de la reivindicación 10 que comprende además proporcionar para el circuito de conmutación de potencia al menos uno de: (i) al menos un diodo Zener (1116) en paralelo con al menos un conmutador de potencia (1108), en el que la corriente fluye a través de al menos un diodo Zener cuando al menos un conmutador de potencia es activado y desactivado y (ii) un regulador de tensión en paralelo con al menos un conmutador de potencia, en el que la corriente fluye a través del regulador de tensión cuando al menos un conmutador de potencia es activado y desactivado.
14. El procedimiento de la reivindicación 10 que comprende además proporcionar los devanados del motor de fase dividida (304, 306) dividida por la mitad y el circuito de conmutación de potencia y el primer y segundo componentes (316, 318) que se ubican entre los devanados del motor de fase dividida.
15. El procedimiento de la reivindicación 10 que comprende además ubicar la fuente de alimentación de CC (310) al menos aproximadamente en un punto medio (314) entre los devanados del motor de fase dividida.
16. El procedimiento de la reivindicación 10 que comprende además proporcionar un circuito de control (1114, 1114A) para controlar el circuito de conmutación de potencia y un circuito de desconexión de control lógico (1206) para desconectar el circuito de control cuando el motor (102) que comprende el circuito está a velocidad síncrona.
17. El procedimiento de la reivindicación 10 en el que el motor (102) que comprende el circuito comprende un rotor (114) y un estator (112) y los devanados del motor de fase dividida reciben tensión de línea de CA (L1, L2), comprendiendo además el procedimiento proporcionar al circuito un circuito de control (1114, 1114A) para controlar la conmutación del circuito de conmutación de potencia en base a una entrada de línea de suministro de CA y una posición del rotor.
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