ITVI20080062A1

ITVI20080062A1 - Metodo e dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase.

Info

Publication number: ITVI20080062A1
Application number: IT000062A
Authority: IT
Inventors: Amico Sebastiano D; Andrea Fongaro; Michele Giardina
Original assignee: Sumoto Srl
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2009-09-13
Also published as: MX2010009970A; US8432122B2; CN101971480A; TWI462462B; WO2009112219A2; US20110001451A1; WO2009112219A3; TW200945758A; EP2253062A2; PT2253062T; CN101971480B; NO2253062T3; EP2253062B1

Description

METODO E DISPOSITIVO PER L'AVVIAMENTO DI MOTORI ASINCRONI MONOFASE

DESCRIZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un metodo ed un dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, con particolare riferimento ai motori per azionamenti di potenza modesta .

Come è noto, quando non è disponibile una linea trifase è possibile ricorre ai motori asincroni monofase, detti anche motori ad induzione, costruttivamente simili ai motori asincroni trifase ma dotati di due soli avvolgimenti statorici, sfasati di 90° e percorsi da correnti sfasate di 90°: un avvolgimento di marcia ed un avvolgimento di avviamento. La presenza dell'avvolgimento di avviamento è necessaria per l'avviamento dei motori ad induzione che altrimenti non riuscirebbero ad avviarsi spontaneamente.

Lo sfasamento fra le correnti che percorrono i due avvolgimenti, essendo questi ultimi alimentati dalla stessa tensione, può essere ottenuto servendosi di un avvolgimento di avviamento resistivo, oppure ponendo in serie all'avvolgimento di avviamento un condensatore di avviamento di capacità opportuna. Mentre nella seconda soluzione il condensatore di avviamento può restare permanentemente inserito oppure essere disinserito ad avviamento avvenuto, se si ricorre ad un avvolgimento di avviamento resistivo è necessario disinserirlo dopo l'avviamento.

Le soluzioni più semplici per il disinserimento degli avvolgimenti di avviamento sono costituite da interruttori centrifughi, che aprono o chiudono il circuito in funzione del regime di giri, oppure da relè di massima corrente o di massima tensione, che aprono o chiudono il circuito rispettivamente in funzione dell·'intensità di corrente che percorre la loro bobina o della tensione a cui è sottoposta la loro bobina.

Questo tipo di dispositivi, essendo composti da parti meccaniche e parti elettriche, presentano molteplici problemi legati in partìcolar modo all'usura che interessa sia i meccanismi, sia i contatti elettrici.

Per ovviare a questo tipo di problemi sono stati messi a punto degli starter elettronici sostanzialmente costituiti da un tiristore, posto in serie all'avvolgimento di avviamento, da una coppia di contatti bimetallici e da una bobina sensoriale, disposta all’interno del motore. Quando il motore viene messo sotto tensione per l'avviamento, i contatti bimetallici che comandano l'ingresso di controllo del tiristore sono chiusi mettendo quest'ultimo in conduzione e chiudendo di conseguenza il circuito dell’avvolgimento di avviamento. Con l'aumentare del regime di giri, la tensione della bobina sensoriale, che è proporzionale al regime del motore, aumenta generando una quantità di calore sufficiente a deformare ì contatti bimetallici che si aprono e spengono il tiristore. In tal modo, nell’avvolgimento di avviamento viene interrotto il flusso di corrente, ed il motore rimane in rotazione soltanto grazie all'avvolgimento di marcia. Anche se questi starter elettronici ben adempiono al loro scopo, mostrano alcuni limiti quando sono sottoposti a condizioni di funzionamento stressanti ed in particolar modo quando sono sottoposti ad avviamenti ripetuti e molto vicini nel tempo. Infatti, quando il motore si arresta non è subito pronto per una nuova partenza, in quanto ha necessariamente bisogno di un tempo di riposo di alcuni secondi dall'interruzione dell'alimentazione per consentire ai contatti bimetallici di raffreddarsi sufficientemente per potersi riraddrizzare ed essere in grado di mettere il tiristore in conduzione, per chiudere nuovamente il circuito di avviamento. Questo inconveniente, pur potendo sembrare di scarsa importanza può di fatto assumere un peso notevole in funzione dell'applicazione che il motore ad induzione comandato dallo starter elettronico è chiamato a compiere. Si pensi ad esempio al caso in cui questi motori sono associati a pompe che devono rifornire quanto più regolarmente possibile una determinata utenza, oppure che devono mantenere quanto più costante possibile il livello di un contenitore riempito d'acqua e quindi sono sottoposti a ripetuti avviamenti vicini nel tempo.

Un ulteriore aspetto riguarda l'arbitrarietà del tempo necessario per ripristinare le condizioni di partenza in questo tipo di starter elettronici dopo l'arresto del motore. Infatti, tale tempo di ripristino corrisponde sostanzialmente a quello fisicamente necessario per permettere ai contatti bimetallici di raffreddarsi e chiudersi raddrizzandosi, pertanto, oltre ad essere difficilmente riproducibile in maniera identica su ciascun diverso starter elettronico, esso non risulta ai fini pratici modificabile, se non esclusivamente in fase progettuale e costruttiva.

Il compito che si propone il trovato è quello di risolvere i problemi sopra esposti, realizzando un metodo ed un dispositivo per l'avviamento di motori asìncroni monofase in cui sia possibile regolare l'avviamento in funzione sia di una certa soglia di tensione, sìa di un certo tempo.

Nell'ambito del compito sopra esposto uno scopo particolare del trovato è quello di realizzare un metodo ed un dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase in cui il tempo rispetto al quale si regola l'avviamento sia programmabile e modificabile durante l'utilizzo.

Un altro scopo del trovato è quello di realizzare un metodo ed un dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase in cui non ci siano tempi morti nella eventuale ripetizione della procedura di avviamento.

Non ultimo scopo del trovato è quello di realizzare un dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase che sia in grado di ricavare l'alimentazione direttamente dagli avvolgimenti del motore, non necessitando di circuiti ausiliari di alimentazione .

Il compito sopra esposto, nonché gli scopi accennati ed altri che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da un metodo per l'avviamento di motori asincroni monofase, consistente sostanzialmente nel disinserire l'avvolgimento di avviamento di un motore asincrono monofase, dopo il suo avviamento, mediante l'utilizzo di mezzi di commutazione collegati in serie a detto avvolgimento di avviamento, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di commutazione sono comandati in funzione di un tempo di avviamento e di una tensione di avviamento.

Il compito sopra esposto, nonché gli scopi accennati ed altri che meglio appariranno in seguito, sono inoltre raggiunti da un dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase comprendente mezzi di commutazione collegati in serie all'avvolgimento dì avviamento di un motore asincrono monofase, per disinserirlo dopo il suo avviamento, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di regolazione a duplice controllo, detti mezzi di regolazione a duplice controllo essendo atti a comandare detti mezzi di commutazione in funzione di un tempo di avviamento e dì una tensione di avviamento, detti mezzi di regolazione a duplice controllo derivando la loro alimentazione dagli avvolgimenti di detto motore asincrono monofase.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva di un metodo ed un dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni in cui:

la figura 1 è una vista schematica di un motore asìncrono monofase comprendente il dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase secondo il trovato;

la figura 2 è una vista di uno schema elettrico semplificato di un dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase secondo il trovato;

la figura 3 è una vista di una basetta per il montaggio del dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase secondo il trovato.

Con riferimento alle citate figure, il metodo per l'avviamento di motori asincroni monofase dotati di un avvolgimento di marcia 101 e di un avvolgimento di avviamento 102, consiste sostanzialmente nel disinserire quest'ultimo dopo l'avviamento, servendosi di mezzi di commutazione 105 collegati in serie all'avvolgimento di avviamento 102.

Secondo il trovato, il metodo per l'avviamento di motori asincroni monofase prevede di comandare i mezzi di commutazione 105 in funzione di un tempo di avviamento, che può essere prefissato e successivamente modificato, e di una tensione di avviamento che corrisponde al valore medio della tensione raddrizzata che si stabilisce a regime ai capi dei mezzi di commutazione 105.

In particolare, il metodo per l'avviamento di motori asincroni monofase comprende una prima fase che consiste nel chiudere il circuito dell'avvolgimento di avviamento 102 per un tempo pari al tempo di avviamento.

Successivamente, trascorso il tempo di avviamento, si inizia a monitorare costantemente la tensione di avviamento e si procede con il verificare se quest'ultima è maggiore o minore di una tensione di soglia, prefissata in fase costruttiva.

Se dopo un tempo di ripetizione, che può essere prefissato e successivamente modificato, la tensione di avviamento è maggiore della tensione di soglia, il circuito dell'avvolgimento di avviamento 102 viene lasciato aperto, viceversa, se dopo il tempo di ripetizione la tensione di avviamento è minore della tensione di soglia, si ripete l'intera procedura chiudendo nuovamente il circuito dell'avvolgimento di avviamento 102.

Nel seguito, con riferimento alle citate figure, viene descritto un dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, indicato globalmente con il numero di riferimento 1 che comprende mezzi di commutazione 105 collegati in serie all'avvolgimento di avviamento 102 di un motore asincrono monofase 100, in modo da poterlo disinserire ad avviamento avvenuto.

I mezzi di commutazione 105 sono essenzialmente costituiti da un tiristore ed in particolare da un triac 106 che ha i due anodi rispettivamente connessi ad un capo 103 dell'avvolgimento di avviamento 102 ed al conduttore di neutro 104.

Secondo il trovato, il dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase 1 comprende mezzi di regolazione a duplice controllo che comandano i mezzi di commutazione 105 in funzione di un tempo di avviamento, che come già detto può essere prefissato e successivamente modificato durante la vita del motore asincrono monofase 100, e di una tensione di avviamento, già definita come il valore medio della tensione raddrizzata che si stabilisce a regime fra il capo 103 dell'avvolgimento di avviamento 102 ed il conduttore di neutro 104, cioè ai capi dei mezzi di commutazione 105.

Vantaggiosamente, l'alimentazione dei mezzi di regolazione a duplice controllo non avviene attraverso circuiti ausiliari di alimentazione, ma viene ricavata direttamente dall'avvolgimento di marcia 101 del motore asincrono monofase 100 per mezzo di un avvolgimento ausiliario in bassa tensione 2 collegato al suo capo 3 ad un primo circuito raddrizzatore 4, che alimenta l'intero dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase 1 ed è composto da un primo diodo 5 e da un primo condensatore 6, che funge da filtro capacitivo di livellamento.

In particolare, i mezzi di regolazione a duplice controllo comprendono un circuito temporizzatore 7 collegato, tramite un componente di supporto di logica driver 8, al gate 107 del triac 106 in modo da mettere quest'ultimo in conduzione o in interdizione in funzione del tempo di avviamento, chiudendo o aprendo di conseguenza il circuito dell'avvolgimento di avviamento 102 .

L'azione del circuito temporizzatore 7 è condizionata da un circuito comparatore 9 ad esso collegato, che presenta all'ingresso invertente 10 un riferimento di tensione 12, vantaggiosamente costituito da un diodo zener 13, che impone una tensione continua proporzionale alla tensione di soglia necessaria per decretare l'avviamento o meno del motore asincrono monofase 100. All'ingresso non invertente 11 del circuito comparatore 9 viene invece posta una tensione continua proporzionale alla tensione di avviamento collegandolo all'uscita 14 di un partitore di tensione, composto da un primo elemento resistivo 15 e da un secondo elemento resistivo 16, che consente di prelevare una porzione della tensione d'uscita di un secondo circuito raddrizzatore 17, composto da un secondo diodo 18 e da un secondo condensatore 19, che funge da filtro di livellamento.

Il secondo circuito raddrizzatore 17 è a sua volta collegato in parallelo ai mezzi di commutazione 105, quindi si trova fra il capo 103 dell'avvolgimento di avviamento 102 ed il conduttore di neutro 104 permettendo di misurare la tensione di avviamento.

Vantaggiosamente, l'intero dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase 1 è montato su una basetta 30 di forma arcuata che consente la sua installazione in particolari forme realizzative di motori asincroni monofase 100, quali a titolo di esempio i motori sommersi.

Il funzionamento del dispositivo secondo il trovato è il seguente.

All'avviamento del motore asincrono monofase 100 viene applicata all'avvolgimento di marcia 101 la tensione di alimentazione, corrispondente al voltaggio nominale del motore, e attraverso l'avvolgimento ausiliario in bassa tensione 2 ed il primo circuito raddrizzatore 4 viene alimentato l'intero dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase 1.

Fin dall'istante di applicazione della tensione di alimentazione al dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase 1 e per il tempo di avviamento, che può essere modificato in funzione delle più diverse esigenze ma è vantaggiosamente stabilito in circa 0,5 s, il circuito temporizzatore 7 attiva il triac 106 comandandone il gate 107 tramite il componente di supporto di logica driver 8.

Successivamente, per un tempo pari al tempo di ripetizione, che può essere modificato in funzione delle più diverse esigenze ma è vantaggiosamente stabilito in circa 10 s, il circuito temporizzatore 7 resta insensibile al comando proveniente dal circuito comparatore 9, che consente di discriminare o meno la ripetizione della procedura di avvio del motore asincrono monofase 100. Sull'ingresso invertente 10 del circuito comparatore 9 è infatti collegato il riferimento di tensione 12 che attraverso il diodo zener 13 impone una tensione continua proporzionale alla tensione di soglia, vantaggiosamente quantificabile con un valore di 6 V, mentre sul suo ingresso non invertente 11 si stabilisce una tensione continua proporzionale alla tensione di avviamento, nello specifico pari a 0,0207 volte la tensione di avviamento.

Questo coefficiente moltiplicativo 0,0207 corrisponde al rapporto fra il riferimento di tensione 12, nello specifico pari a 6 V, e la tensione di soglia, nello specifico pari ad un valore efficace di circa 290 V, ed è il risultato combinato del raddrizzamento della tensione che si stabilisce fra il capo 103 dell'avvolgimento di avviamento 102 ed il conduttore di neutro 104, per mezzo del secondo circuito raddrizzatore 17, e della successiva attenuazione attraverso il partitore resistivo costituito dal primo elemento resistivo 15 e dal secondo elemento resistivo 16.

Se dopo che è trascorso il tempo di ripetizione la tensione continua che si stabilisce all'ingresso non invertente 11 del circuito comparatore 9 è superiore alla tensione continua imposta dal riferimento di tensione 12 sull'ingresso invertente 10 del circuito comparatore 9, cioè la tensione di avviamento è superiore alla tensione di soglia, il circuito temporizzatore 7 viene comandato in modo da mantenere interdetto il triac 106 e di conseguenza il circuito relativo all'avvolgimento di avviamento rimane aperto.

Viceversa, se dopo che è trascorso il tempo di ripetizione la tensione continua che si stabilisce all'ingresso non invertente 11 del circuito comparatore 9 è inferiore alla tensione continua imposta dal riferimento di tensione 12 sull'ingresso invertente 10 del circuito comparatore 9, cioè la tensione di avviamento è inferiore alla tensione di soglia, il circuito temporizzatore 7 viene comandato in modo da mettere in conduzione il triac 106 e di conseguenza il circuito relativo all'avvolgimento di avviamento viene chiuso per un tempo pari al tempo di avviamento e l'intera procedura viene ripetuta.

Si è in pratica constatato come il metodo ed il dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase secondo il trovato assolvano pienamente il compito prefissato, in quanto garantiscono la possibilità regolare l'avviamento in funzione sia di una certa soglia di tensione, sia in funzione di un certo tempo, programmabili e modificabili durante l'utilizzo, oltre a consentire eventualmente di ripetere la procedura di avviamento senza tempi morti.

Inoltre, il dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase è in grado di ricavare l'alimentazione direttamente dagli avvolgimenti del motore, non necessitando di un circuito ausiliario di alimentazione.

Il metodo ed il dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase così concepiti sono suscettibili di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni e le forme contingenti potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e dello stato della tecnica

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per l'avviamento di motori asincroni monofase, consistente sostanzialmente nel disinserire l'avvolgimento di avviamento di un motore asincrono monofase, dopo il suo avviamento, mediante l'utilizzo di mezzi di commutazione collegati in serie a detto avvolgimento di avviamento, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di commutazione sono comandati in funzione di un tempo di avviamento e di una tensione di avviamento.
2. Metodo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta tensione di avviamento corrisponde al valore medio della tensione raddrizzata che si stabilisce a regime ai capi di detti mezzi di commutazione.
3. Metodo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi: - chiudere il circuito di detto avvolgimento di avviamento per un tempo pari a detto tempo di avviamento; - monitorare costantemente detta tensione di avviamento nel tempo successivo a detto tempo di avviamento; - verificare se detta tensione di avviamento è maggiore o minore di una tensione di soglia; - ripetere le precedenti fasi se dopo un tempo di ripetizione detta tensione di avviamento è minore di detta tensione di soglia.
4. Metodo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto tempo di avviamento è prefissabile e modificabile .
5. Metodo per 1' avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta tensione di soglia è prefissata in fase costruttiva .
6. Metodo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto tempo di ripetizione è prefissabile e modificabile .
7. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase comprendente mezzi di commutazione collegati in serie all'avvolgimento di avviamento di un motore asincrono monofase, per disinserirlo dopo il suo avviamento, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di regolazione a duplice controllo, detti mezzi di regolazione a duplice controllo essendo atti a comandare detti mezzi di commutazione in funzione di un tempo di avviamento e di una tensione di avviamento, detti mezzi di regolazione a duplice controllo derivando la loro alimentazione dagli avvolgimenti di detto motore asincrono monofase.
8. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di regolazione a duplice controllo comprendono almeno un avvolgimento ausiliario in bassa tensione, derivato dall'avvolgimento di marcia di detto motore asincrono monofase, per la completa alimentazione di detti mezzi di regolazione a duplice controllo.
9. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di regolazione a duplice controllo comprendono almeno un primo circuito raddrizzatore, il cui ingresso è collegato a detto avvolgimento ausiliario in bassa tensione e la cui uscita è collegata a detti mezzi di regolazione a duplice controllo per alimentarli.
10. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo circuito raddrizzatore comprende almeno un primo diodo.
11. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo circuito raddrizzatore comprende almeno un primo condensatore, per diminuire la tensione di ripple fungendo da filtro capacitivo di livellamento.
12. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di regolazione a duplice controllo comprendono almeno un circuito temporizzatore, collegato tramite un componente di supporto di logica driver a detti mezzi di commutazione per comandarli in funzione di detto tempo di avviamento e di detto tempo di ripetizione.
13. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di regolazione a duplice controllo comprendono almeno un circuito comparatore, la cui uscita è collegata a detto circuito temporizzatore per attivarlo o inibirlo in funzione di detta tensione di avviamento.
14. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di regolazione a duplice controllo comprendono almeno un riferimento di tensione, collegato all'ingresso invertente di detto circuito comparatore, detta tensione di soglia essendo proporzionale alla tensione imposta da detto riferimento di tensione.
15. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto riferimento di tensione comprende almeno un diodo zener.
16. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di regolazione a duplice controllo comprendono almeno un secondo circuito raddrizzatore, collegato in parallelo a detti mezzi di commutazione.
17. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo circuito raddrizzatore comprende almeno un secondo diodo.
18. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo circuito raddrizzatore comprende almeno un secondo condensatore, per diminuire la tensione di ripple fungendo da filtro capacitivo dì livellamento.
19. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo circuito raddrizzatore comprende un partitore di tensione, la cui uscita è collegata all'ingresso non invertente di detto circuito comparatore, detta tensione di avviamento essendo proporzionale alla tensione che si stabilisce in detta uscita di detto partitore di tensione.
20. Dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di commutazione comprendono almeno un tiristore, il cui terminale di gate è collegato all'uscita di detto componente di supporto di logica driver, detto tiristore essendo collegato in serie a detto avvolgimento di avviamento.
21. Dispositivo per l'avviamento dì motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di regolazione a duplice controllo comprendono una basetta di forma arcuata, per il montaggio dell'intero dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase.
22. Metodo e dispositivo per l'avviamento di motori asincroni monofase, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzati dal fatto di comprendere una o più delle caratteristiche descritte e/o illustrate.