“MÉTODO PARA AUMENTO DA EFICIÊNCIA DE COMPRESSORES HERMÉTICOS APLICADOS EM REFRIGERAÇÃO E CONDICIONADORES

DE AR”

Relatório Descritivo

[001] A presente invenção refere-se a um método para aumento da eficiência de compressores herméticos, aplicados em sistemas de refrigeração e condicionadores de ar, tanto em aplicações estáticas quanto móveis, e mais especificamente para aqueles compressores que utilizam motores elétricos síncronos com imã permanente no rotor.

[002] O referido compressor operando com motor com imãs permanente no rotor requer acionamento eletrónico, para garantir o sincronismo entre a posição mecânica do rotor e o sinal elétrico de excitação do estator. Por outro lado, em um compressor hermeticamente selado, não existe acesso ao rotor para determinação da posição angular do mesmo; desta forma, técnicas sem sensor de posição devem ser utilizadas, de forma a eliminar a necessidade de acoplamento no eixo do motor dos ditos sensores. Além da técnica sem sensor, acionamentos de alta eficiência, requerem o uso de estratégias de controle de alto desempenho, tais como o controle vetorial, no qual os seus conceitos foram introduzidos incialmente por K. Hasse em 1969 e unificados por F. Blaschke em 1972.

[003] O referido motor com imãs permanente no rotor é uma boa alternativa para os compressores herméticos, devido a relação torque por ampere, torque por volume, ampla faixa de velocidade de operação e maior eficiência quando comparado aos motores de indução.

[004] A presente invenção faz uso da técnica de controle vetorial sem sensor mecânico de velocidade, para motores com imã permanente no rotor aplicados em compressores herméticos, acoplado a um algoritmo de minimização da corrente aplicada no motor, o qual determina a menor corrente para um dado ponto de carga do motor. Acionando o compressor hermético por meio desta técnica, reduz-se a corrente drenada da rede 2

elétrica, aumenta-se a eficiência do compressor e obtêm-se o menor consumo energético possível para uma dada condição de operação.

[005] Como é bem conhecido da arte anterior, os equipamentos de refrigeração e condicionadores de ar possuem uma pluralidade de dispositivos eletromecânicos ou eletrónicos para comandar a operação do compressor hermético, responsável pelo bombeamento do fluido refrigerante em tais equipamentos. Dentre estes equipamentos e condicionadores de ar, uma categoria especial utiliza compressores herméticos de capacidade variável, os quais permitem variar a capacidade de refrigeração em função da carga térmica, para qualquer instante de operação. A possibilidade de variação da capacidade térmica é particularmente interessante quando se deseja reduzir o consumo de energia elétrica, pois uma vez que a carga térmica de um dado equipamento de refrigeração, ou a temperatura ambiente controlada por um condicionador de ar, atingiu a referência ajustada, pode-se reduzir a capacidade frigorífica do compressor, o qual irá operar em regime estacionário apenas para repor as perdas térmicas do sistema. Da técnica atual sabe-se que a capacidade de refrigeração desenvolvida por um compressor hermético é diretamente proporcional ao consumo de energia elétrica; desta forma, quanto menor a capacidade de refrigeração requerida pela carga térmica, menor será o consumo de energia e vice-versa.

[006] Da técnica atual sabe-se que a capacidade de refrigeração desenvolvida por um compressor hermético é diretamente proporcional à velocidade de rotação do motor elétrico; desta forma, quanto maior a velocidade, maior será a capacidade de refrigeração, contudo, o consumo de energia proveniente da rede elétrica também será maior.

[007] O compressor hermético para aplicações de velocidade variável é composto, do ponto de vista elétrico, basicamente pelos seguintes componentes: motor elétrico, conversor eletrónico (responsável por converter tensão alternada em tensão contínua e tensão contínua em tensão alternada), filtros e sistema de processamento digital de sinais. A partir desses componentes, a velocidade do motor elétrico é controlada por meio 3

do conversor eletrónico (tipicamente trifásico), que utiliza uma lógica de software adequada, implementada em seu processador de sinais digitais, com objetivo de gerar tensões elétricas com magnitude, frequência e fase controladas para serem aplicadas nos terminais do motor elétrico.

[008] A eficiência de um compressor hermético está ligada a aspectos mecânicos, elétricos e termodinâmicos. Contudo, o motor elétrico representa uma grande parte da eficiência global do compressor. Por isso, o uso de motores de imã permanente no rotor em compressores herméticos é justificado por duas principais características: elevada eficiência e alta densidade de potência. Esses dois fatores estão diretamente relacionados ao fato de não circular corrente elétrica no rotor dos motores de imã permanente. Dessa forma, este tipo de motor não apresenta as seguintes perdas: perdas ôhmicas no rotor, perdas por magnetização, perdas mecânicas (devido ao comutador), entre outras.

[009] Os motores de imã permanente no rotor podem ser construtivamente classificados conforme a disposição de seus imãs permanentes, podendo estar, de maneira geral, na superfície ou inseridos no pacote de aço do rotor.

[010] Além da classificação por topologia construtiva, os motores de imã permanente no rotor também podem ser classificados de acordo com a forma de onda da força contra eletromotriz (FCEM) induzidas nas fases dos enrolamentos situados na parte estacionária da construção do motor pelos imãs permanentes, podendo ser senoidais ou não senoidais. Em geral, a forma de onda não senoidal aproxima-se de um formato trapezoidal.

[011] Usualmente, na literatura e em ambientes industriais, os motores síncronos com imã permanente no rotor e FCEM senoidal são denominados simplesmente de“motores síncronos de imã permanente”, ou no idioma inglês, Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM). Por outro lado, os motores síncronos com imã no rotor e FCEM trapezoidal, normalmente comercializados juntamente com conversor eletrónico de potência, são chamados ou conhecidos em geral pelo nome“Brushless DC” (BLDC). Vale salientar que este tipo de motor, em conjunto com o inversor, teve origem na proposta de se conceber um motor de corrente contínua tradicional, porém sem uso de escovas de carvão e comutador mecânico.

[012] Com relação ao princípio de funcionamento, ambos PMSM e BLDC, funcionam de forma semelhante ao motor síncrono clássico, no qual o campo magnético do rotor oscila com a mesma frequência da velocidade elétrica do rotor. Em outras palavras, fluxo magnético e velocidade elétrica do rotor estão sincronizados. Contudo, diferentemente do PMSM e BLDC, no motor síncrono clássico, o fluxo magnético no rotor é imposto por uma fonte de alimentação externa, resultando em uma menor eficiência.

[013] O conjugado mecânico produzido no PMSM é resultado da interação entre a corrente elétrica que circula nos enrolamentos do estator e o fluxo magnético presente no rotor. Contudo, para a produção de um conjugado mecânico adequado é necessário controlar a tensão elétrica aplicada nos enrolamentos do estator dos motores de imã permanente, sendo que isso é feito com base em alguns princípios.

[014] É bem conhecido que o controle da tensão elétrica aplicada nos terminais do motor pode ser feito de maneira simples no BLDC, por meio de método conhecido como“seis pulsos”, ou no idioma inglês, six steps. Esse método específico tem como característica: baixa dependência dos parâmetros elétricos do motor, tais como indutâncias e resistências elétricas, e demanda de menor capacidade computacional do estágio de processamento digital de sinais. Porém, devido a limitações dos componentes semicondutores que compõem o conversor eletrónico, a estratégia seis pulsos apresenta desempenho limitado em aplicações práticas. Por isso, em geral, é utilizada somente em aplicações que requerem baixo desempenho em regime transitório e permanente. Por outro lado, no acionamento do PMSM é possível utilizar métodos que provém alto desempenho dinâmico e elevada eficiência. Como citado a priori neste documento, o“controle vetorial” ou também conhecido como“Controle por Orientação de Campo, no idioma inglês, Field Oríented Control (FOC) é o método de controle de motores elétricos mais difundido na indústria, sendo utilizado por grandes empresas do seguimento de acionamento de máquinas elétricas.

[015] O FOC foi a primeira estratégia que possibilitou o controle de alto desempenho dinâmico para motores trifásicos. Desenvolvido na década de 1970 por F. Blashke, o FOC têm se tornado cada vez mais popular ao longo do tempo. Com o uso desta estratégia, é possível simplificar o sistema de controle por meio do desacoplamento das grandezas elétricas que atuam no fluxo e torque eletromagnético do motor, resultando em um esquema similar ao controle do motor de corrente contínua com excitação independente. O aspecto mais característico do FOC é a decomposição da corrente do estator em duas componentes que são orientadas no sistema de coordenadas síncronas. Com o uso do FOC, a dinâmica não-linear e altamente acoplada de um motor trifásico pode ser tratada para se tornar linear e desacoplada, facilitando o projeto do sistema de controle.

[016] Em um processo no qual o motor elétrico deve operar em regime de velocidade variável e com elevada precisão do sistema de controle, faz se necessário obter a informação da posição angular do rotor a cada período de amostragem do sistema de controle. Usualmente, pode se utilizar sensores eletromecânicos ( encoders ou taco geradores) para obter este tipo de informação. Porém, em processos que utilizam compressores herméticos, não é possível este tipo de solução. Isto acontece devido a limitações construtivas deste tipo de compressor e outras questões relacionadas ao custo do equipamento. Como alternativa aos sensores mecânicos, geralmente são utilizadas estratégias de estimação de velocidade, denominadas de métodos sem sensores tipicamente conhecidas pelo termo em inglês“sensorless”, juntamente com o método de controle FOC.

[017] As estratégias de controle“sensorless” fazem uso do modelo matemático do motor elétrico e medidas de grandezas elétricas (tensão no barramento CC e correntes do motor) para estimar a velocidade do rotor. Em um sistema com controle eletrónico do compressor hermético, tanto a execução do controle FOC quanto o método“sensorless” são integrados ao conversor eletrónico.

[018] Os conversores eletrónicos destinados ao acionamento de compressores herméticos, aplicados em sistemas de refrigeração e condicionadores de ar, tipicamente medem apenas a corrente no barramento CC (após o filtro para eliminação da pulsação do retificador), sendo a corrente aplicada no motor reconstruída a partir dessa corrente CC; desta forma elimina-se a necessidade de sensores isolados para as correntes trifásicas.

[019] As correntes trifásicas são entradas para o controle FOC e para o método de estimação de velocidade. Contudo, o uso de um modelo trifásico de um motor elétrico (PMSM ou BLDC, por exemplo) resultaria em sistema de controle extremamente complexo. Por isso, uma das grandes vantagens do método FOC é utilizar as transformações de Clarke e Park para simplificar o sistema controle. Com o uso das transformações citadas, é possível substituir o modelo trifásico CA que representa o motor (PMSM ou BLDC) por um modelo bifásico em referencial síncrono, ou seja, no qual as grandezas elétricas e magnéticas possuem comportamento contínuo.

[020] A partir da reconstrução das correntes de fase do motor por meio da corrente CC, como é bem conhecido da técnica atual, aplicando-se as transformações de Clarke e Park nestas correntes obtêm-se duas novas correntes: uma corrente dita de eixo direto { ) e outra corrente dita de eixo em quadratura ( ), alinhadas no referencial síncrono.

[021] A estratégia de controle FOC exerce uma ação específica sobre as correntes de eixo direto e de eixo em quadratura, a fim de se atingir o conjugado exigido pela carga acoplada ao eixo do motor. No entanto, há um infinito número de combinações de u e i _q possíveis para produzir o mesmo conjugado exigido. Dessa forma, é possível otimizar a escolha dessas componentes objetivando-se alcançar alguns requisitos de operação, tal como a máxima eficiência do PMSM. 7

[022] A escolha da combinação de e i _q que minimiza de maneira ótima as perdas do PMSM e consequente faz com que o motor opere com elevada eficiência pode ser obtida por meio do método conhecido como máximo torque por ampere (MTPA).

[023] Com o MTPA, o PMSM alcança o desempenho ótimo fazendo uso da densidade magnética do imã permanente e do efeito de relutância magnética devido à disposição do material magnético no rotor.

[024] O uso do FOC juntamente com a técnica MTPA produz ganhos significativos de eficiência para o compressor hermético, principalmente quando o desempenho do mesmo é comparado com o acionamento seis pulsos.

[025] Conversores eletrónicos mais recentes para equipamentos de refrigeração e condicionadores de ar consideram o uso da técnica MTPA para várias finalidades, conforme descrito nas patentes: US 9.695.820 B2 e US2014/0044562 A1 , as quais descrevem um sistema de controle para um compressor baseado na medição da temperatura do óleo e da corrente para maximizar a eficiência; no entanto, tal solução requer a inclusão no compressor de dois sensores de temperatura que encarecem o produto. As patentes chinesas CN107013447 e CN106968931 aplicam esta técnica para abordar aspectos relacionados a ruído, vibração e flutuação de velocidade em compressores; a patente chinesa CN104378037 considera a técnica de MTPA na operação de compressores em baixa velocidade e alta carga, aplicada em condicionadores de ar, no entanto é sabido que, em sistemas de refrigeração e condicionadores de ar operando com compressores de velocidade variável, a condição baixa de velocidade e alta carga não ocorre em condições normais na aplicação; a patente coreana KR20140108956 descreve uma proposta de minimização da corrente do barramento CC aplicado em condicionadores de ar; a patente coreana KR20140096626 aborda a redução do capacitor do barramento CC e aumento do fator de potência na saída do inversor para redução do conteúdo harmónico; a patente chinesa CN 106788074 tem por objetivo resolver o problema da baixa 8

precisão da medição e cálculo da corrente id, para que o algoritmo MTPA possa ser utilizado com maior precisão; a patente chinesa CN104601075 minimiza a potência de saída do conversor eletrónico operando o compressor em baixas velocidades; e a patente chinesa CN106452243 explora a estratégia de enfraquecimento de campo em um PMSM para reduzir a flutuação de velocidade.

[026] Além das patentes que aplicam a técnica do MTPA no acionamento de compressores herméticos com motores síncronos com imã permanente no rotor, várias outras patentes exploram diferentes abordagens para o uso do MTPA em PMSM, mas não diretamente relacionadas ao acionamento de compressores herméticos, conforme descrito nas patentes: BR 11 2013 022024 4 A2 e US 8.410.737 B2 que descrevem um método para gerar os pontos iniciais de operação do algoritmo MTPA através de uma tabela, evitando assim a solução analítica das equações que compõe o algoritmo citado; a patente US 8.648.555 B2 descreve um método e sistema para controlar um motor para se obter uma condição de torque constante; a patente chinesa CN102223133 explora a característica do MTPA em gerar o máximo torque quando aplicado em um motor de imãs permanente com polos salientes; as patentes chinesas CN106533305, CN106712631 e CN 106712630 abordam o uso da técnica de enfraquecimento de campo na condição em que id é instável devido à flutuações na tensão da rede elétrica, sanando o problema da variação de id e garantindo a operação do enfraquecimento de campo durante o transitório da rede; as patentes chinesas CN 106533309 e CN 106533306 utilizam a técnica de enfraquecimento de campo com máxima eficiência, mesmo operando na condição de sobre modulação; a patente chinesa CN104935232 trata do uso da técnica MTPA em conjunto com o controle direto de conjugado, tipicamente conhecido do inglês, como Direct Torque Control (DTC); a patente chinesa CN105262394 utiliza a técnica MTPA em PMSM para pontos discretos de velocidade, obtendo alta eficiência apenas para estes pontos de operação e a patente chinesa CN107707166 relata a invenção de uma estratégia de controle com auto aprendizado, aplicado em um PMSM e utilizando MTPA para se obter a máxima disponibilidade de conjugado.

[027] Mesmo considerando a grande variedade de soluções envolvendo o uso de PMSM aliado ao algoritmo MTPA e aplicados em compressores herméticos de capacidade variável, as técnicas atuais possuem limitações ou particularizações que a presente invenção se propõe a solucionar, principalmente aquela envolvendo o aumento da eficiência global do compressor hermético, ou seja em toda a faixa de velocidade de operação.

[028] Constitui portanto o propósito da atual invenção prover uma estratégia de controle aplicada a compressores herméticos de velocidade variável, que utilizam motores síncronos de imã permanente no rotor, por meio da técnica FOC com MTPA acoplado, otimizando a operação em toda a faixa de velocidade do compressor.

[029] Em consonância com o primeiro objetivo, é um segundo objetivo definir um método de busca da menor corrente necessária para desenvolver o conjugado requerido pela carga térmica dos sistemas de refrigeração ou do condicionador de ar e, desta forma reduzir as perdas ôhmicas do motor, reduzir a temperatura de operação do compressor e com isso maximizar a eficiência do motor e aumentar a eficiência termodinâmica do compressor. Tal método leva em conta diversos parâmetros do motor tais como: indutâncias, constantes elétricas e mecânicas, fluxo magnético dos imãs entre outros.

[030] Os objetivos da atual invenção são alcançados através de um sistema de controle para motores elétricos, que é executado em uma pluralidade de conversores eletrónicos dotados de pelo menos um estágio de processamento digital de sinais e um estágio de processamento de energia, sendo que o referido sistema de controle executa um algoritmo de controle vetorial que é acoplado a um algoritmo de maximização do conjugado por Ampère, com o objetivo de encontrar a menor corrente necessária à geração do conjugado para atender à uma determinada carga térmica do sistema de refrigeração e/ou condicionador de ar. Uma vez encontrada a menor corrente a ser aplicada ao motor, o referido estágio de processamento de energia, composto de pelo menos um estágio retificador, um estágio intermediário contendo um filtro e um estágio inversor, mas não limitado a isso, aplica essa corrente ao compressor hermético de velocidade variável com imãs permanente no rotor. A injeção da menor corrente necessária à geração do conjugado eletromagnético tem por objetivo reduzir as perdas ôhmicas do motor, reduzir a temperatura do referido compressor e, com isso, o objetivo final desta invenção é alcançado, por meio da maximização da eficiência energética do compressor hermético para aplicações em sistemas de refrigeração e condicionadores de ar.

[031] Os desenhos anexos ilustram a presente invenção, nos quais:

A Figura 1 é um Diagrama de blocos simplificado do sistema;

A Figura 2 é um Diagrama de blocos do conversor eletrónico;

A Figura 3 é um .Diagrama de blocos detalhado do sistema de controle; e

A Figura 4 é uma Curva de operação do MTPA.

[032] A presente invenção será agora descrita em detalhes através das Figuras 1 a 4, as quais ilustram concepções preferenciais, mas não obrigatórias e/ou limitadas a estas, para implementação da presente invenção.

[032] A Figura 1 ilustra o diagrama de blocos simplificado do sistema considerado na presente invenção, constituído por um conversor eletrónico (1), conectado na rede de distribuição elétrica CA, o qual, por meio de um processador digital de sinais, executa um algoritmo de controle (2), cuja função é acionar eficientemente o motor elétrico, do tipo P SM, que está embarcado no compressor hermético de velocidade variável (3). O referido compressor faz parte de uma pluralidade de sistemas de refrigeração (5), podendo ser, mas não limitado a estes, refrigeradores e freezers de uso residencial ou comercial, condicionadores de ar do tipo “janela” (onde o evaporador e condensador estão na mesma unidade do equipamento) ou do 11

tipo“splif (onde o evaporador e condensador estão em unidades diferentes equipamento). Na concepção ilustrada através da Figura 1 não estão representados os componentes que fazem parte do sistema de refrigeração (5), tais como: evaporador, condensador, filtro e elemento de expansão, entre outros, por não serem determinantes para os objetivos da presente invenção. No entanto, a Figura 1 destaca um importante elemento do sistema de refrigeração que é o termostato (4), que nesta concepção é do tipo eletrónico, em contraposição aos termostatos eletromecânicos, sendo que o referido termostato (4) é responsável pelo controle da temperatura do sistema de refrigeração (5), seja ele qual for, a partir de uma referência de temperatura indicada pelo usuário. Em aplicações contendo compressores herméticos de velocidade variável, faz-se necessário determinar uma referência de velocidade ( <¾-, _« ) para operação do compressor, para que a temperatura do sistema de refrigeração seja mantida de acordo com a desejada pelo usuário. Uma vez definida a referência de velocidade, ela é disponibilizada ao algoritmo de controle (2) para operação do motor do compressor. Não é objeto da presente invenção discutir a determinação da referência de velocidade de operação do compressor.

[033] A Figura 2 apresenta um diagrama de blocos do conversor eletrónico (1) detalhando de forma ilustrativa os elementos mínimos que o compõe, sendo que esta concepção não deve ser entendida como limitadora, de qualquer forma, dentro do escopo do presente invento. De forma que, na concepção ilustrada através da Figura 2, um filtro passa baixas de acoplamento com a rede (6) é utilizado para minimizar a emissão de ruídos elétricos provenientes dos circuitos chaveados que integram o conversor eletrónico (1) e, desta forma, contribuir para manutenção da qualidade da energia da rede elétrica. Um circuito retificador (7), conectado na saída do filtro (6), é responsável pela conversão da energia elétrica em corrente alternada (CA), proveniente da rede elétrica, em corrente contínua (CC) pulsada. O circuito retificador (7) admite uma pluralidade de variantes construtivas, podendo ser monofásico ou trifásico, não controlado ou controlado, ou do tipo síncrono. Uma vez que saída do retificador (7) é um sinal CC pulsante, faz-se necessário um estágio de filtro (8) para eliminar a pulsação de baixa frequência e assim criar um “barramento” CC livre de oscilações. A saída do filtro do barramento CC é utilizada para dois propósitos, sendo o primeiro destinado a alimentar a entrada do estágio inversor (9) e o segundo alimentar a entrada da fonte de alimentação de baixa tensão CC (10). O estágio inversor (9) é uma estrutura do tipo ponte H trifásica, tipicamente utilizada como inversor tipo fonte de tensão, mas não limitada a este, implementado por chaves semicondutoras rápidas, tais como transístores IGBT ou MOSFET, mas não limitados a estes. O inversor (9) é comandado pelo estágio de processamento digital de sinais (11 ) de forma adequada a transformar a tensão CC na sua entrada, em tensão CA na saída. Esta tensão CA, cuja componente fundamental é tipicamente senoidal, pode ser ajustada em amplitude, frequência e fase para o acionamento do motor elétrico do compressor hermético. Um elemento de conversão de nível elétrico, não representado na Figura 2, faz-se necessário para a conexão entre o inversor (8) e o estágio de processamento digital de sinais (1 1 ). A fonte CC (10) é um conversor eletrónico do tipo CC-CC, que pode ser implementado por uma multiplicidade de topologias, o qual converte a tensão CC elevada do barramento CC em tensões CC de baixa amplitude necessárias ao funcionamento do processador digital de sinais e outros circuitos de baixa potência não representados na Figura 2. Vale ressaltar que a conexão entre o estágio inversor (9) e processamento digital de sinais (1 1 ) é bidirecional, uma vez que além dos sinais de comando das chaves semicondutoras que compõe o inversor (9), sensores de tensão e corrente, não representados na Figura 2, são necessários à operação do algoritmo de controle (2) que será detalhado na Figura 3. Os sinais provenientes dos ditos sensores são aplicados às entradas de conversão analógico para digital (conversores A/D), que compõe o processador digital de sinais (11).

[034] A Figura 3 apresenta o diagrama de blocos detalhado do algoritmo de controle (2), mostrando uma possível implementação da presente invenção, na qual um sensor de corrente (13) mede a corrente do barramento CC (icc) e um sensor de tensão (14) mede a tensão do barramento CC (vcc), sendo que as saídas destes sensores são convertidas para valores digitais nos conversores AID (15) e (16), respectivamente. A palavra digital proveniente de (15) é aplicada a um algoritmo de reconstrução das correntes de fase do motor (17), o qual estima as correntes nos terminais do motor i _a , h e i _c por meio de icc, uma vez que a leitura do A/D (15) é feita em sincronismo com o disparo das chaves semicondutores da ponte inversora (9), de forma que é possível correlacionar a corrente instantânea icc com as correntes de fase do motor (12) do compressor hermético (3). A saída do algoritmo (17), i’ _a , i’ _b e i’ _c , tem duas finalidades: a primeira é fornecer os sinais de entrada para um algoritmo estimador da velocidade e da posição angular do rotor (18), produzindo na sua saída duas informações, sendo ah- a estimativa da velocidade e # a estimativa da posição angular do rotor. A segunda finalidade de (17) é fornecer os sinais de entrada para o algoritmo que executa a transformada de Clarke, ou seja, a transformação de um sistema de coordenada senoidal, trifásico e, dependente do tempo abc, para um sistema de coordenada senoidal, bifásico, estacionário e dependente do tempo, conhecido como ab ( 19). Em conjunto com a estimativa da posição angular do rotor <¾·, a saída de (19) fornece os sinais de entrada para o algoritmo que executa a transformada de Park, ou seja, a transformação de um sistema de coordenada senoidal, bifásico e dependente do tempo, dito ab, para um sistema de coordenada girante, síncrono com a frequência da corrente do motor (12), denominado dq (20). A referência de velocidade co _{r r} produzida pelo termostato (4), funciona como comando de entrada para o algoritmo de controle (2), sendo este sinal comparado com a estimativa de velocidade w _G proveniente de (18) por meio do detector de erro (21). O sinal de erro de velocidade é aplicado a um controlador do tipo proporcional e integral (22), mas não limitado a este, cuja saída é a referência de torque eletromagnético T _{e, re/} , que será a entrada do algoritmo MTPA (23). As saídas de (23) são as referências para os controladores de corrente ¾ _« / e i _{q, re} f as quais serão aplicadas aos detectores de erro (24) e (25) que comparam as referências com os sinais de realimentação da corrente u e i _q , provenientes de (20). Os sinais de erro das correntes de eixo direto e de quadratura serão aplicados à controladores do tipo proporcional e integral (26) e (27), mas não limitado a estes, cujas saídas são aplicadas a algoritmos que executam as transformadas inversas de Park (28) e Clarke (29). As saídas de (29) são novamente senoidais trifásicas, utilizadas como referências para o modulador em largura de pulsos, do inglês Pulse Width Modulatiom (PWM (30), o qual gera os sinais de disparo para as chaves semicondutoras da ponte inversora (9)-

[035] Uma importante característica da presente invenção é a utilização do algoritmo MTPA em conjunto com o controle vetorial da velocidade do motor que, de acordo com os ensinamentos já descritos na presente invenção e, como conhecido do estado da técnica, reconhece-se que o conjugado produzido por um PMSM é função do número de pares de polos do motor (P), do fluxo magnético (fa) produzido pelos imãs do rotor e concatenado nos enrolamentos do estator, além de depender das correntes i _d e i _q e das indutâncias do estator no referencial síncrono, ( Ld ) e ( L _q ) respectivamente, sendo que o conjugado pode ser representado pela expressão (E.1 ):

sendo a primeira parcela de (E.1) chamada de conjugado magnético, produzido pelos imãs e a segunda parcela é chamada conjugado de relutância, produzido pelas saliências do rotor, que é função da sua forma construtiva. Em rotores com imãs inseridos no pacote de aço do rotor, como é o caso dos motores utilizados nos compressores de velocidade variável aplicados em condicionadores de ar, a indutância no eixo direto é menor que a do eixo em quadratura, analisando a expressão (E.1) isso significa que deve ser introduzido um i _d negativo para maximizar a geração do conjugado. No entanto, a expressão (E.1) pode ser utilizada de outra forma, ou seja, a introdução de negativo reduz a necessidade de i _q para um mesmo conjugado. Este é o aspecto explorado na presente invenção, ou seja, o menor i _q necessário para gerar o conjugado requerido pela carga, obtido pela introdução de negativo.

[036] O conceito do MTPA pode ser melhor compreendido por meio da Figura 4, a qual mostra um gráfico de i _q x em uma concepção preferencial, sendo que apenas a porção negativa do eixo direto está representado, uma vez que positivo nunca é desejado. A curva MTPA (31) mostra a trajetória dos pares e i _q que produzem o conjugado desejado com a menor magnitude possível destas correntes, esta curva intercepta curvas de conjugado constante exemplificadas por (32a), (32b) e (32c), mas não limitadas a estas, de forma que um par qualquer de u e i _q , sobre estas curvas, produz o mesmo conjugado. No entanto, de acordo com os ensinamentos já descritos na presente invenção, existe um único e particular par e i _q que produz o conjugado desejado com a menor magnitude possível destas correntes. Este par é dado pelo cruzamento da curva (31) com as curvas de conjugado constante, exemplificados pelas intersecções (33a), (33b) e (33c); desta forma, é sempre preferível operar o motor tão próximo quanto possível dos pontos de cruzamento. A curva (34) exemplifica o limite de máxima corrente para um particular motor, sendo o ponto de intersecção (35), entre as curvas (31) e (34) o ponto de máximo conjugado com a melhor eficiência

[037] Em uma concepção preferencial, mas não obrigatória, a técnica do MTPA utilizada nesta invenção é baseada no ângulo (b) da corrente de fase do motor, definido pela expressão (E.2):

sendo a corrente do estator definida pela expressão (E.3), com T _e,re f calculado por (22): (E-3)

[038] Uma vez calculado o ângulo b, o algoritmo do MTPA (23) definirá as referências ótimas para o par de correntes u e i _q de acordo com as expressões (E.4) e (E.5):

(E.4) í _q, ref = h ^‘ ¥S (b) (E.5)

[039] A presente invenção propõe uma técnica para otimizar a eficiência de compressores herméticos de velocidade variável, por meio de uma técnica de controle vetorial acoplado ao algoritmo MTPA, com a finalidade de encontrar a menor corrente de excitação do motor para desenvolvimento do conjugado requerido, diferentemente de outras invenções que utilizam a técnica MTPA para maximizar a disponibilidade de conjugado do motor; desta forma, a presente invenção implica em vantagem competitiva para o mencionado conversor eletrónico (1) operando com o algoritmo de controle (2).

[040] Os exemplos e descrições mencionados na atual invenção são meramente ilustrativos e não devem ser entendidos como limitadores de qualquer forma, dentro do escopo do invento, de acordo com as reivindicações.