MONOFÁSICOS E MOTORES MONOFÁSICOS MONTADOS COM A CHAVE DE PARTIDA

ELETRÔNICA

CAMPO DA INVENÇÃO

Ά presente patente de invenção refere-se a um circuito eletronico para chave de partida eletrônica de motores monofásico com capacitores de partida ou com capacitor de partida e capacitor permanente, bem como motores elétricos monofásicos que sejam montados com a referida chave eletrônica, sendo que a chave é compreendida de um circuito lógico sequencial tipo Latch RS e é acionada pela defasagem entre a corrente auxiliar e a corrente principal medida por um primeiro circuito eletronico comparador, compreendido de resistores shunt e circuito integrado, compreendendo um segundo circuito eletronico comparador que religa o ramo auxiliar à fonte principal mesmo com o motor em operação e compreende ainda um terceiro circuito eletronico isolado para acionamento do relê de estado sólido normalmente fechado.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Chaves de partida são usadas em motores elétricos monofásicos com capacitores de partida ou capacitor de partida mais capacitor permanente. A principal função da chave é desconectar o ramo auxiliar destes motores no momento apropriado durante a partida.

O dispositivo proposto substitui com vantagens as chaves eletromecânicas (platinado centrífugo) destinadas a este fim, pois não usa peças móveis ou sofre desgastes por uso repetitivo.

A presente chave eletrônica apresenta vantagens frente ao estado da técnica, pois agrega à uma chave de partida comum, a função de religamento (reset) do ramo auxiliar à fonte principal de energia, mesmo com o motor em funcionamento. Com isso, a chave acumula as funções de partida do motor monofásico e religamento do ramo auxiliar. Assim, quando o motor entra em regime a chave permite que o ramo auxiliar se reconecte à fonte principal de energia elétrica com o motor em funcionamento, situação em que as correntes principal e auxiliar estão defasadas.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

No estado da técnica, o desacoplamento do ramo auxiliar à fonte principal após a partida do motor monofásico é feita por meio de dispositivos eletromecânicos com contatos móveis na forma de contrapeso para pressionar contatos elétricos. Esses dispositivos são conhecidos como platinados centrífugo.

O fato de existirem peças móveis torna este item suscetível ao acometimento de intempéries, muitas vezes presentes no ambiente de aplicação do motor.

A ligação através de contatos elétricos móveis é mais suscetível a falhas se comparada com relês de estado sólido, pois seus contatos podem estar submetidos a intempéries presentes no ambiente de aplicação do motor. Mesmo que abrigados, os contatos elétricos móveis sofrem a ação de pequenos arcos elétricos que carbonizam sua área de contato, o que prejudica a condução de energia pelos contatos, limitando o número de operações .

Quanto aos dispositivos eletrônicos, a patente US4496895 traz um dispositivo de controle para partida de motor monofásico tipo Split Phase (fase dividida) e motor monofásico com capacitor de partida, constituído de relê de estado sólido acionado por um retificador que por sua vez é controlado por um transistor que recebe pulsos de gatilho oriundos de um retificador ligado a um transformador de pulsos.

A patente BR8902798 apresenta uma chave de partida eletrônica para motores assíncronos monofásicos, composta por um relê de estado sólido, uma ponte retificadora de onda completa, um circuito sensor de fase e um circuito lógico tipo Latch RS.

O circuito Latch RS é caracterizado por ser um circuito lógico sequencial biestável assíncrono onde seus sinais resultantes são dependentes de suas entradas (set e reset) e também do estado atual de suas saídas (Q e Q ) .

O princípio de operação dos inventos citados está baseado no alinhamento de fase das correntes da linha e do ramo auxiliar. Quando o motor é ligado o relê de estado sólido passa a conduzir corrente pelo ramo auxiliar e assim que as correntes de linha e do ramo auxiliar entram em fase o relê é desligado.

Uma vez que o relê de estado sólido é desligado, não há mais corrente circulando pelo ramo auxiliar. Com isso, não é possível monitorar uma sobrecarga e o consequente escorregamento (perda de rotação) do motor que requer o religamento do ramo auxiliar .

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Atualmente, algumas chaves são acionadas em razão do alinhamento entre a corrente de linha e a corrente no ramo auxiliar. Entretanto, quando o motor entra em regime, o ramo auxiliar não consegue se religar ao sistema de alimentação principal, pois não é possível medir a defasagem entre as corrente de linha e auxiliar.

Em relação ao estado da técnica, especialmente, aos documentos trazidos, a presente invenção traz três passos inventivos:

-Circuito de comparação das correntes auxiliar e principal (506) através de resistores shunts e circuito integrado (Cl) comparador enquanto o estado da técnica utiliza medição da corrente através de transformador;

-Circuito de disparo do relê de estado sólido isolado através de opto-acoplador (501), enquanto no estado da técnica o circuito de disparo do relê de estado sólido não é isolado;

-Circuito de religamento (reset) do ramo auxiliar através da tensão induzida na bobina auxiliar (507), enquanto no estado da técnica não há um circuito de reset, que permita o ramo auxiliar voltar ao circuito sem um nova partida da máquina.

Ao ligar o motor, o relê de estado sólido (502) permite a energização do ramo auxiliar de forma imediata, pois trata-se de um relê do tipo "normalmente fechado". Devido a sua capacidade de condução em 0V, ou seja, o relê tem capacidade de condução da corrente disponível em seus terminais no momento exato em que é conectado independentemente da tensão disponível em seus terminais. Assim, não ocorrem atrasos de fornecimento de energia do ramo auxiliar após ligar o motor à rede.

A partir deste momento duas condições se fazem necessárias para que o ramo auxiliar seja desligado:

- A corrente de linha e a corrente do ramo auxiliar devem estar em fase (305), o que é medido por um circuito comparador (506) - Figura 3;

- A tensão na bobina auxiliar deve estar acima de um nível predeterminado (306) o que é medido por um outro circuito comparador (505) .

No momento da partida, as correntes de linha (101) e do ramo auxiliar (102) apresentam defasagem em relação à tensão de linha (103) - Figura 1.

Conforme o motor ganha velocidade (figura 2), as correntes de linha (201) e do ramo auxiliar (202) tendem a entrar em fase. O ponto de defasagem nula entre as correntes corresponde entre 65% a 95% da velocidade síncrona do motor, que em geral é ponto desejado para o desligamento do ramo auxiliar. Este ponto sofre variações de acordo com o projeto do motor.

Com o acoplamento imediato do ramo auxiliar à rede principal através do relê de estado sólido (502), a tensão na bobina auxiliar (507) se eleva rapidamente e desta forma o comparador (505) é saturado.

Quando as correntes entram em fase e a tensão de na bobina estiver acima de um nível pré-determinado, as duas condições para o desligamento do ramo auxiliar estão atendidas.

Nesse momento, o circuito lógico Latch RS (504) recebe os sinais de saturação dos comparadores (505 e 506) e envia o sinal de desligamento para o circuito de disparo isolado (501) que por sua vez drena a corrente de gatilho do relê de estado sólido (502) desligando-o .

Consequentemente :

- A corrente no ramo auxiliar (303) é extinta

(307);

- A tensão na bobina auxiliar (304) sofre uma leve queda (308 ) .

A partir deste momento o monitoramento da chave de partida passa a ser a tensão na bobina auxiliar (304), que será proporcional ao fator de acoplamento com o circuito rotórico e a velocidade de regime do motor.

Em uma segunda análise, no caso de sobrecarga no motor e a consequentemente queda de rotação (405) (escorregamento), a tensão na bobina auxiliar (404) cai a ponto de ser detectável (408) por um circuito comparador (505) . Esse circuito é programado para emitir um sinal de reset para o circuito lógico (504) no caso do valor de tensão atingir um valor mínimo pré-configurado . Com isso, uma nova rotina de partida é iniciada .

Quando a tensão atingir o valor mínimo, o relê de estado sólido (502) religa o ramo auxiliar à fonte principal passando a circular corrente pelo ramo auxiliar (403) .

Novamente, haverá defasagem entre as correntes de linha e auxiliar (402) . A tensão na bobina auxiliar (404) volta a ter um nível elevado. Assim a rotação do motor aumenta (401) e a defasagem entre as correntes (402) volta a cair até elas entrarem em fase novamente (407) .

Neste momento as duas condições de partida estão atendidas novamente, correntes de linha e auxiliar. alinhadas (407) e tensão na bobina auxiliar apropriada (404) . O relê de estado sólido (502) então é desligado, extinguindo a corrente do ramo auxiliar (403) .

Portanto, a chave eletrônica objeto dessa patente, monitora o sistema de forma contínua e atua quando for necessário religar o motor elétrico.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A Figura 1 apresenta o diagrama fasorial das correntes de linha e auxiliar defasadas e a tensão da linha. A Figura 2 apresenta o diagrama fasorial das correntes de linha e auxiliar alinhadas (em fase) e a tensão da linha.

A Figura 3 apresenta os gráficos de comportamento da rotação do motor, da defasagem entre as correntes de linha e auxiliar, a corrente no ramo auxiliar e tensão na bobina auxiliar durante o processo de aceleração do motor.

A Figura 4 apresenta os gráficos de comportamento da rotação do motor, da defasagem entre as correntes de linha e auxiliar, a corrente no ramo auxiliar e a tensão na bobina auxiliar durante o processo de queda de rotação do motor devido a uma sobrecarga, o religamento do ramo auxiliar a fonte principal e a recuperação de rotação do motor.

A Figura 5 apresenta o diagrama de blocos da chave de partida descrita na presente invenção com as diferenças em relação ao estado da técnica.

A Figura 6 apresenta um diagrama de blocos com uma típica chave de partida presente no estado da técnica.

A Figura 7 apresenta o circuito eletrônico da chave de partida descrita na presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

A Figura 1 apresenta o fasor da corrente de linha (101) e o fasor da corrente auxiliar (102), ambos defasados entre si e entre a tensão da rede (103) , comportamento típico de um motor monofásico no instante em que o mesmo é ligado.

A Figura 2 apresenta o fasor da corrente de linha (201) e o fasor da corrente auxiliar (202), ambos em fase, porém defasados com a tensão da rede (203) , comportamento típico de um motor monofásico durante a aceleração, com a velocidade entre 65% e 95% da velocidade síncrona.

A Figura 3 apresenta os gráficos de aceleração do motor (301) em comparação com a defasagem entre as correntes de linha e auxiliar (302) com detalhe para o ponto de alinhamento das correntes (305) , a corrente no ramo auxiliar (303) com detalhe na extinção desta corrente (307) após o desligamento do relê de estado sólido, e a tensão na bobina auxiliar (304) com detalhe no ponto (306) em que esta tensão satura o comparador e no ponto (308) em que ocorre uma pequena queda após a extinção da corrente no ramo auxiliar.

A Figura 4 apresenta os gráficos de comportamento motor em regime (401) até o momento em que ocorre uma queda da rotação (405) devido a uma sobrecarga, que por consequência diminui a tensão na bobina auxiliar (404) até o ponto (408), que faz com que o relê de estado sólido religue o ramo auxiliar a fonte principal. Neste momento na Figura 4 (406) começa a fluir corrente pelo ramo auxiliar, (403), iniciando um novo processo de partida com atenção à defasagem entre as correntes de linha e auxiliar (402) até o momento do alinhamento (407) em conjunto com a saturação do comparador com a tensão da bobina auxiliar (404) . A Figura 5 apresenta o dispositivo deste pedido de invenção através de um diagrama de blocos do circuito. As correntes de linha (509) e auxiliar (508) são observadas pelo comparador (506) até o momento do seu alinhamento, quando é enviado um sinal para o circuito lógico Latch RS (504). A tensão na bobina auxiliar (507) também é observada, pelo outro comparador (505) que no momento de sua saturação também envia um sinal para o circuito lógico Latch RS (504). Ao receber os dois sinais, o circuito lógico Latch RS (504) envia um sinal ao circuito de disparo isolado (501) que por sua vez desliga o relê de estado sólido NF (502) , desligando por consequência o ramo auxiliar da rede principal. A fonte (503) é responsável por alimentar os circuitos de disparo isolado (501) , o circuito lógico Latch RS (504) e o comparador (506) com os níveis de tensão adequados.

A Figura 6 apresenta o estado da técnica e diferencia-se da Figura 5 pela ausência de um circuito de disparo isolado (501) e também pela ausência do monitoramento da tensão na bobina auxiliar (507) e o comparador (505) que é capaz de efetuar o religamento do ramo auxiliar no caso de uma sobrecarga.

A Figura 7 apresenta a implementação em forma de circuito eletrônico do diagrama de blocos presente na Figura 5. Nela é possível verificar o circuito de medição e comparação (506) das fases das correntes de linha (509) e auxiliar (508) através de resistores shunts. Após um tratamento de retificação a tensão na bobina auxiliar (507) é medida e comparada através do circuito comparador (505) . Os sinais de alinhamento das correntes e tensão na bobina auxiliar são tratados por uma lógica NAND no circuito U3a. 0 circuito Latch RS (504) é responsável pela lógica de SET e RESET do circuito de disparo isolado através de opto-acoplador (501) . O circuito de disparo isolado (501) é responsável por ligar/desligar o relê de estado sólido na configuração "Normalmente Fechado" (502) . A fonte (503) é responsável por transformar a tensão alternada da rede principal a níveis adequados aos circuitos comparador (506) , Latch RS (504) e circuito de disparo isolado (501) .