PT2253062T - Método e dispositivo para iniciar motores assíncronos monofásicos - Google Patents

Description

condensador de inicialização pode permanecer ininterruptamente inserido ou pode ser desengatado uma vez que ocorreu o inicio, se for utilizado um enrolamento de partida resistivo é necessário desengatá-lo após o inicio.

As soluções mais simples para desengatar os enrolamentos de partida são constituídas por interruptores centrífugos, que abrem ou fecham o circuito em função da taxa de rotação, ou por relés de corrente-máxima ou tensão-máxima, que abre ou fecham o circuito, respectivamente, como função da intensidade de corrente que flui através da bobina ou da tensão à qual a bobina está sujeita.

Esse tipo de dispositivo, composto de peças mecânicas e peças elétricas, tem muitos problemas ligados em particular ao desgaste que afeta tanto os mecanismos como os contactos elétricos. A fim de evitar esses problemas, foram criados iniciadores eletrónicos que são substancialmente constituídos por um tirístor, conectado em série ao enrolamento de partida, por um par de contactos bimetálicos e por uma bobina de sensor, que está disposta dentro do motor. Quando o motor está ligado à tensão para o arranque, os contactos bimetálicos que conduzem a entrada de controlo do tirístor estão fechados, fazendo com que ele conduza e, consequentemente, feche o circuito do enrolamento de partida. À medida que a taxa de rotação aumenta, a tensão da bobina do sensor, que é proporcional à velocidade de rotação do motor, aumenta, gerando assim uma quantidade de calor que é suficiente para deformar os contactos bimetálicos, que abrem e desligam o tiristor. Desta forma, o fluxo de corrente é interrompido no enrolamento de partida e o motor continua a girar apenas em virtude do enrolamento de corrida.

Embora esses iniciadores eletrónicos executem a sua tarefa bem, eles têm algumas limitações quando são submetidos a condições de operação desafiadoras e, em particular, quando são submetidos a iniciações repetidas, que são muito próximas. Quando o motor pára, na verdade não está imediatamente pronto para um novo começo, uma vez que necessita necessariamente de um tempo inerte de alguns segundos após a interrupção da fonte de alimentação para permitir que os contactos bimetálicos arrefeçam o suficiente para endireitar novamente e ser capaz de fazer a conduta do tiristor, para fechar novamente o circuito de partida. Embora esta desvantagem possa parecer pouco importante, na prática, ela pode-se tornar muito significativa, dependendo da aplicação que o motor de indução controlado pelo iniciador eletrónico necessite para executar. Deve-se considerar, por exemplo, o caso em que esses motores estão associados a bombas que devem fornecer o mais regularmente possível um determinado dispositivo de utilizador, ou que devem manter o mais constante possível o nível de um recipiente cheio de água e, portanto, são submetidos a começos repetidos que estão próximos no tempo.

Outro aspecto refere-se à arbitrariedade do tempo necessário para restaurar as condições iniciais neste tipo de iniciador eletrónico após a paragem do motor. De facto, esse tempo de recuperação corresponde substancialmente ao tempo que é fisicamente necessário para permitir que os contactos bimetálicos arrefeçam e fechem, alinhando-se; portanto, além de ser difícil de reproduzir de forma idêntica em cada iniciador eletrónico diferente, na prática não é modificável, exceto exclusivamente durante o projeto e fabrico. A US4786850 descreve um dispositivo para o arranque de um motor de indução monofásico com um enrolamento inicial ligado em série a um condensador e submetido à mesma tensão de alimentação do enrolamento do motor por meio de um triac. 0 tempo de ativação do enrolamento de partida não é predeterminado, porque se a velocidade de inicialização do motor não exceder a chamada "velocidade de corte", o triac não liga e o condensador de temporização não cobra a tensão necessária para ativar o triac e consequentemente o triac permaneça ligado constantemente. 0 objetivo da invenção é resolver os problemas descritos acima, fornecendo um método e um dispositivo, para o arranque de motores assíncronos monofásicos, que permite ajustar o arranque como uma função tanto de um limite de tensão ajustado quanto de um tempo definido.

Dentro do alcance deste objetivo, um objeto particular da invenção é fornecer um método e um dispositivo, para iniciar motores assíncronos monofásicos, em que o tempo em relação ao qual o ajuste de partida é ajustado é programável e pode ser modificado durante o uso.

Um outro objectivo da invenção é proporcionar um método e um dispositivo, para iniciar motores assíncronos monofásicos, em que não há tempos de inatividade em qualquer repetição do procedimento de partida.

Um outro objectivo da invenção é proporcionar um dispositivo, para iniciar motores assíncronos monofásicos, que pode ser usado para vários tipos de motor sem qualquer adaptação dos componentes e circuitos.

Um outro objectivo da invenção é proporcionar um dispositivo, para iniciar motores assíncronos monofásicos, que seja capaz de receber a sua fonte de alimentação diretamente dos enrolamentos do motor, sem necessidade de circuitos auxiliares de alimentação.

Este objectivo, estes objetos e outros que se tornam mais evidentes a seguir são alcançados por um método nas reivindicações anexas.

Outras características e vantagens tornar-se-ão melhores aparentes a partir da descrição de uma forma de realização preferida mas não exclusiva de um método e um dispositivo para iniciar motores assíncronos monofásicos de acordo com a invenção, ilustrados a título de exemplo não limitativo nos desenhos anexos, em que : A Figura 1 é uma vista esquemática de um motor assíncrono monofásico, que compreende o dispositivo para iniciar motores assíncronos monofásicos de acordo com a invenção; A Figura 2 é uma vista de um diagrama elétrico simplificado de um dispositivo para iniciar motores assíncronos monofásicos de acordo com a invenção; A Figura 3 é uma vista de uma base para montar o dispositivo para iniciar motores assíncronos monofásicos de acordo com a invenção.

Com referência às figuras acima, o método para iniciar motores assíncronos monofásicos providos de um enrolamento de marcha 101 e um enrolamento de partida 102, consiste substancialmente em desengatar o enrolamento de partida após o início usando um meio de comutação 105 que está conectado em série ao enrolamento de partida 102.

De acordo com a invenção, o método para iniciar motores assíncronos monofásicos atua os meios de comutação 105 como uma função de um tempo de partida, que pode ser predefinido e subsequentemente modificado, e em função de uma tensão de partida que corresponde ao valor médio da tensão retificada estabelecida em condições de estado estacionário através dos meios de comutação 105.

Em particular, o método para iniciar motores assíncronos monofásicos compreende um primeiro passo, que consiste em fechar o circuito do enrolamento de partida 102 por um tempo que é igual ao tempo de partida.

Posteriormente, uma vez decorrido o tempo de inicio, a tensão de inicio começa a ser monitorizada constantemente e é verificada se é maior ou menor do que uma tensão de limiar predefinida durante o fabrico. A tensão limiar pode ter uma amplitude constante ou uma amplitude proporcional à tensão de alimentação do motor, de acordo com um comportamento obtido pela interpolação de dados experimentais.

Se, após um certo tempo de repetição, que pode ser predefinido e posteriormente modificado, a tensão de partida é maior do que a tensão limiar, o circuito do enrolamento de partida 102 é deixado aberto; vice-versa, se, após o tempo de repetição, a tensão de partida for inferior à tensão limiar, todo o procedimento é repetido ao fechar novamente o circuito do enrolamento de partida 102. O dispositivo, para iniciar motores assíncronos monofásicos, geralmente designado pelo número de referência 1, compreende um meio de comutação 105, que está ligado em série ao enrolamento de partida 102 de um motor assíncrono monofásico 100, de modo a ser desengatado uma vez ocorrido o início.

Os meios de comutação 105 são constituídos substancialmente por um tirístor e, em particular, por um triac 106, cujos dois ânodos estão conectados, respec-tivamente, a um terminal 103 do enrolamento de partida 102 e ao condutor neutro 104.

De acordo com a invenção, o dispositivo 1 compreende um meio de ajuste de controlo duplo, que controla os meios de comutação 105 em função de um tempo de partida, que como já mencionado pode ser predefinido e posteriormente modificado durante a vida útil do motor assíncrono monofásico 100 e de uma tensão de partida, que já foi definida como o valor médio da tensão retificada que é estabelecida em condições de estado estacionário entre o terminal 103 do enrolamento de partida 102 e o condutor neutro 104, isto é, através dos meios de comutação 105. A fonte de alimentação dos meios de ajuste de controlo duplo não é fornecida através de circuitos auxiliares de alimentação de energia, mas é derivada diretamente do enrolamento de marcha 101 do motor assíncrono monofásico 100 por meio de um enrolamento auxiliar de baixa voltagem 2, que está conectado no seu terminal 3 para um primeiro circuito retificador 4, que fornece energia para todo o dispositivo 1 e compreende um primeiro díodo 5 e um primeiro condensador 6, que atua como um filtro capacitivo de nivelamento.

Os meios de ajuste de controlo duplo compreendem um circuito temporizador 7, que está conectado, por meio de uma componente de suporte de condutor de lógica 8, à porta 107 do triac 106, de modo a ligá-lo ou desligar em função do tempo de inicio, consequentemente, fechando ou abrindo o circuito do enrolamento de partida 102. A ação do circuito temporizador 7 é condicionada por um circuito comparador 9 ligado a ele, que tem, na entrada inversora 10, uma referência de tensão 12, de preferência constituída por um díodo Zener 13, que impõe uma tensão direta proporcional à tensão limiar necessária para causar o motor assíncrono de partida monofásico 100. Uma tensão direta que é proporcional à tensão de partida é proporcionada, em vez disso, na entrada não inversora 11 do circuito comparador 9 conectando-a à saída 14 de um divisor de tensão, que compreende um primeiro elemento resistivo 15 e um segundo elemento resistivo 16, que permite desenhar uma porção da tensão de saída de um segundo circuito retificador 17, que compreende um segundo díodo 18 e um segundo condensador 19 que atua como um filtro de nivelamento. O segundo circuito retificador 17 é conectado em paralelo aos meios de comutação 105 e, portanto, fica entre o terminal 103 do enrolamento de partida 102 e o condutor neutro 104, permitindo medir a tensão de partida.

Todo o dispositivo 1 é montado numa base em forma de arco 30 e permite a instalação em motores assíncronos especiais monofásicos 100, como, por exemplo, motores submersos.

Numa outra forma de realização, não mostrada nas figuras anexas, o circuito comparador 9 é substituído por um microcontrolador que está predefinido de modo a condicionar a ação do circuito temporizador 7 como na forma de realização anterior. O microcontrolador também, como o circuito comparador 9, monitoriza a tensão direta que está presente na saída 14 de um divisor de tensão que é dimensionado de modo a desenhar uma porção da tensão de saída do segundo circuito retificador 17. No entanto, a referida tensão, que é proporcional à tensão de partida, neste caso é comparada com uma tensão limiar com uma amplitude que não é mais constante, mas é proporcional à tensão de alimentação do motor. O uso do microcontrolador de facto permite predefinir o valor da amplitude da tensão limiar, con-ferindo-lhe um comportamento que é obtido interpolando dados experimentais adequados e que, conforme previsto, varia em função da tensão de alimentação do motor.

Como consequência desse facto, os referidos meios de ajuste de controlo duplo podem ser usados para vários tipos de motor sem qualquer adaptação dos componentes e circuitos. A operação do dispositivo de acordo com a invenção é a seguinte.

Ao iniciar o motor assíncrono monofásico 100, a tensão de alimentação, que corresponde à tensão nominal do motor, é aplicada ao enrolamento de corrida 101 e todo o dispositivo 1 é fornecido com energia através do enrolamento auxiliar de baixa tensão 2 e o primeiro circuito retificador 4. A partir do instante em que a tensão de alimentação é aplicada ao dispositivo 1 e para o tempo de partida, que pode ser modificado de acordo com os requisitos mais díspares, mas é de preferência ajustado em aproximadamente 0,5 segundos, o circuito temporizador 7 ativa o triac 106, conduzindo à sua porta 107 por meio do componente de suporte da lógica do condutor 8.

Posteriormente, por um tempo igual ao tempo de repetição, que pode ser modificado de acordo com os requisitos mais variados, mas é de preferência ajustado em aproximadamente 10 segundos, o circuito temporizador 7 permanece insensível ao comando que chega a partir do circuito comparador 9, o que permite discriminar ou não a repetição do procedimento para iniciar o motor assíncrono monofásico 100. A referência de tensão 12 é de facto conectada na entrada inversora 10 do circuito comparador 9 e por meio do díodo Zener 13 impõe uma tensão direta que é proporcional à tensão de limiar e pode ser quantificado a um valor de 6 V, enquanto uma tensão direta proporcional à tensão de partida, no caso especifico igual a 0,0207 vezes a tensão de partida, é estabelecida na sua entrada não inversora 11. Este coeficiente de multiplicação de 0,0207 corresponde à razão entre a referência de tensão 12, no caso especifico igual a 6 V, e a tensão limiar, no caso especifico igual a um valor efetivo de aproximadamente 290 V e é o resultado combinado da retificação da tensão estabelecida entre o terminal 103 do enrolamento de partida 102 e o condutor neutro 104, por meio do segundo circuito retificador 17 e da atenuação subsequente através do divisor resistivo constituído pelo primeiro elemento resistivo 15 e pelo segundo elemento resistivo 16.

Se, após o tempo de repetição ter decorrido, a tensão direta estabelecida na entrada não inversora 11 do circuito comparador 9 é maior do que a tensão direta ajustada pela referência de tensão 12 na entrada inversora 10 do circuito comparador 9, isto é, se a tensão de partida for superior à tensão limiar, o circuito temporizador 7 é acionado de modo a manter o triac 106 desligado e consequentemente o circuito relacionado com o enrolamento de partida permanece aberto.

Vice-versa, se, após o tempo de repetição ter decorrido, a tensão direta estabelecida na entrada não inversora 11 do circuito comparador 9 é menor do que a tensão direta imposta pela referência de tensão 12 na entrada inversora 10 do circuito comparador 9 , isto é, a tensão de partida é menor que a tensão limiar, o circuito de temporização 7 é acionado de modo a tornar a conduta de triac 106 e consequentemente o circuito relacionado com o enrolamento de partida é fechado por um tempo igual ao tempo de partida e todo o procedimento é repetido.

Se o circuito comparador 9 for substituído pelo microcontrolador, a operação do dispositivo 1 permanece substancialmente idêntica à já descrita.

No entanto, neste caso, a voltagem direta proporcional à tensão de partida é comparada com uma tensão limiar cuja amplitude não é mais constante, mas é proporcional à tensão de alimentação do motor.

Consequentemente, com o mesmo ajuste de controlo duplo, é possível gerir o início de vários tipos de motor sem qualquer adaptação dos componentes e dos circuitos.

Na prática, verificou-se que o método e o dispositivo para o arranque de motores assíncronos monofásicos de acordo com a invenção atingem totalmente o objetivo pretendido e permitem ajustar o arranque como uma função tanto de uma certa tensão limiar como em função de um determinado tempo, que pode ser predefinido e modificado durante o uso, e também permitir repetir o procedimento de partida sem tempos de inatividade. O dispositivo é capaz de desenhar a fonte de alimentação diretamente dos enrolamentos do motor, sem necessidade de um circuito auxiliar de alimentação, e pode ser usado para vários tipos de motor, sem qualquer adaptação dos componentes e dos circuitos.

Lisboa, 23 de Fevereiro de 2018

REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo para iniciar motores assíncronos monofásicos, que compreende um meio de comutação (105) ligado em série a um enrolamento de partida (102) de um motor assíncrono monofásico, os referidos meios de comutação (105) desengatando o referido motor após o seu arranque; um meio de ajuste de controlo duplo que conduz os referidos meios de comutação (105) como uma função de um tempo de partida, que está predefinido, e uma tensão de partida, os referidos meios de ajuste de controlo duplo que derivam a sua fonte de energia dos enrolamentos (101) do referido motor assíncrono monofásico; os referidos meios de ajuste de controlo duplo compreendendo pelo menos um circuito temporizador (7), sendo o referido circuito temporizador (7) conectado a uma porta (107) dos referidos meios de comutação (105) por meio de um componente de suporte de lógica de condutor (8); o referido componente de suporte de lógica do condutor (8) que aciona os referidos meios de comutação (105) como uma função do referido tempo de partida e do referido tempo de repetição; os referidos meios de ajuste de controlo duplo compreendendo ainda pelo menos um circuito comparador (9), tendo o referido circuito comparador (9) uma saída conectada ao referido circuito temporizador (7); o referido circuito comparador (9) ativando o referido circuito temporizador (7) ou inibindo o referido circuito temporizador (7) em função da referida tensão de partida; em que, para o tempo de repetição, o

Claims (13)

1. referido circuito temporizador (7) permanece insensível ao comando que chega a partir do referido circuito comparador (9) ; o referido dispositivo caracterizado por os referidos meios de ajuste de controlo duplo compreenderem pelo menos um enrolamento auxiliar de baixa tensão (2), que é derivado do enrolamento de marcha (101) do referido motor assíncrono monofásico, para o fornecimento completo de energia aos referidos meios de ajuste de controlo duplo.
2. 2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por os referidos meios de ajuste de controlo duplo compreenderem pelo menos um primeiro circuito retificador (4), cuja entrada está conectada ao referido enrolamento auxiliar de baixa tensão (2) e cuja saída está conectada aos ditos meios de ajuste de controlo duplo de modo a fornecer energia.
3. 3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2 caracterizado por o primeiro circuito de retificador (4) compreende pelo menos um primeiro díodo (5).
4. 4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2 caracterizado por o primeiro circuito de retificador (4) compreende pelo menos um primeiro condensador (6), de modo a reduzir a tensão de oscilação, atuando como um filtro capacitivo de nivelamento.
5. 5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por os referidos meios de ajuste de controlo duplo compreenderem pelo menos uma referência de tensão (12), que está conectada à entrada inversora (10) do referido circuito comparador (9), sendo a referida tensão limiar proporcional à tensão imposta pela referida referência de tensão (12).
6. 6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5 caracterizado por a referida referência de tensão (12) compreender pelo menos um diodo Zener (13).
7. 7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por os referidos meios de ajuste de controlo duplo compreenderem pelo menos um microcontrolador, cuja saida está conectada ao referido circuito temporizador (7) para ativá-lo ou inibi-lo como uma função da referida tensão de partida.
8. 8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por os referidos meios de ajuste de controlo duplo compreenderem pelo menos um segundo circuito retificador (17), que está ligado em paralelo aos referidos meios de comutação (105).
9. 9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8 caracterizado por o segundo circuito de retificador (17) compreender pelo menos um segundo diodo (18).
10. 10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o segundo circuito de retificador (17) compreender pelo menos um segundo condensador (19) para reduzir a tensão de oscilação atuando como um filtro capacitivo de nivelamento.
11. 11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8 caracterizado por o segundo circuito retificador (17) compreender um divisor de tensão, cuja saida (14) está ligada à entrada não inversora (11) do referido circuito comparador (9) ou a uma entrada do referido microcon-trolador, sendo a referida tensão de partida proporcional para a tensão estabelecida na referida saida (14) do referido divisor de tensão.
12. 12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos meios de comutação (105) compreendem pelo menos um tirístor (106), cujo terminal de entrada está ligado à saida do referido componente de suporte de lógica de condutor, sendo o referido tirístor ligado em série ao referido enrolamento de partida (102).
13. 13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos meios de ajuste de controlo duplo compreenderem uma base em forma de arco (30), para montar todo o dispositivo. Lisboa, 23 de Fevereiro de 2018