[0001] A presente invenção refere-se a um sistema e a um método para otimização acústica do funcionamento de um compressor de velocidade variável.

Descrição do Estado da Técnica

[0002] Largamente utilizados, os compressores de velocidade variável são aparelhos extremamente presentes em diversos sistemas e dispositivos utilizados no mundo todo.

[0003] De forma simplificada, um compressor de ve locidade variável compreende um motor elétrico, geralmente um motor síncrono, por questões de eficiência, tal motor podendo ser acionado através da utilização de um inversor de frequência, conforme já conhecido do estado da técnica.

[0004] Em funcionamento, o inversor de frequência controla a tensão aplicada ao motor através de um sinal chaveado, tal sinal chaveado sendo constituído por múltiplos pulsos de tensão numa determinada frequência, também conhe cida como frequência de chaveamento. A definição da frequên cia de chaveamento está diretamente relacionada ao rendi mento do motor, ao gerenciamento térmico do inversor de fre quência e ao desempenho acústico.

[0005] Contudo, durante o funcionamento do motor, é comum ocorrer a emissão de ruídos provenientes de diversas fontes, como, por exemplo, ruídos mecânicos, ruídos do fluxo do fluído refrigerante, ruídos provenientes da atuação das forças eletromagnéticas nos dispositivos mecânicos, etc.

[0006] Uma dessas fontes geradoras de ruídos me cânicos devido às forças eletromagnéticas é a frequência de chaveamento da alimentação do motor. Isto ocorre pelo fato da frequência do sinal chaveado, utilizado para alimentar o motor, estar na faixa de frequências sensíveis à audição humana, isto é, na faixa de 20 Hz a 20 kHz .

[0007] Ademais, para obter um rendimento de fun cionamento aceitável e garantir o gerenciamento térmico do inversor, a frequência de chaveamento de alimentação do mo tor é calculada de forma a atender tais critérios, frequência esta que, usualmente, situa-se na faixa acima mencionada.

[0008] De toda forma, há uma necessidade de se reduzir o ruído gerado pela operação de compressores, uma vez que tais ruídos geram incómodos para aqueles à sua volta.

[0009] Especificamente, os ruídos gerados pela frequência de chaveamento de alimentação do motor são mais sonoramente perceptíveis durante os primeiros instantes de funcionamento do compressor, doravante denominada como fase de alinhamento do motor. Isto ocorre devido ao fato de que, nos primeiros instantes de funcionamento do motor, todas as demais fontes de ruído estão ausentes, exceto os ruídos ge rados pela frequência de chaveamento do sinal de alimentação do motor. Neste caso, o ruído gerado pela frequência de chaveamento é caracterizado como um ruído tonal, isto é, sons cujo resultado da sua análise em frequência, com largura de banda de 1/3 de oitava, apresenta uma frequência com um nível ao menos 5 dB (A) superior em relação ao nível das bandas de frequências adjacentes. Um ruído com componentes tonais é, em geral, mais incómodo do que outro ruído que não possua estas características .

[0010] Desta forma, a fim de minimizar os ruídos tonais gerados em tal fase de alinhamento, resultando em uma diminuição do som perceptível gerado em tal momento, a pre sente invenção provê meios para atingir tal solução, conforme será explanado adiante. Objetivos da Invenção

[0011] Um primeiro objetivo da presente invenção reside na provisão de um sistema para otimização acústica do funcionamento de um compressor de velocidade variável.

[0012] Um segundo objetivo da presente invenção reside na provisão de um método para otimização acústica do funcionamento de um compressor de velocidade variável.

[0013] Um terceiro objetivo da presente invenção reside na provisão de um refrigerador que compreende um sis tema para otimização acústica conforme será descrito adi ante .

Breve Descrição da Invenção

[0014] Os objetivos da presente invenção são al cançados por meio de um sistema para otimização acústica do funcionamento de um compressor de velocidade variável, tal sistema compreendendo um compressor de velocidade variável que compreende um motor síncrono, um inversor de frequência e um bloco de controle, o inversor de frequência sendo ele tricamente conectado ao motor síncrono e a uma rede elétrica, o bloco de controle sendo eletricamente conectado ao inver sor de frequência e sendo configurado para realizar o con trole da velocidade do motor síncrono compreendido no com pressor de velocidade variável, o bloco de controle sendo configurado ainda para estabelecer uma primeira e uma segunda frequência de chaveamento do inversor de frequência para alimentação do motor síncrono com um sinal de alimentação, o bloco de controle sendo configurado para estabelecer ainda um período de tempo em que o motor síncrono será alimentado pelo sinal do inversor de frequência com a primeira frequên cia de chaveamento, em que o período de tempo corresponde a ao menos um período de operação de alinhamento do motor, o inversor de frequência sendo configurado ainda para alimen tar o motor com um sinal com a segunda frequência de chave- amento após o período de tempo.

[0015] Adicionalmente, os objetivos da presente invenção são atingidos através de um método para otimização acústica do funcionamento de um compressor de velocidade variável que compreende um motor síncrono, o compressor sendo eletricamente associado a um inversor de frequência e a um bloco de controle, o método compreendendo as etapas de:

(a) estabelecer uma primeira frequência de chavea- mento ;

(b) estabelecer uma segunda frequência de chavea- mento ;

(c) estabelecer um período de tempo, que corres ponde à duração de uma operação de alinhamento do motor síncrono ;

(d) alimentar o motor síncrono com um sinal com a primeira frequência de chaveamento estabelecida na etapa (a) , durante o período de tempo estabelecido na etapa (c) , e

(e) após o período de tempo estabelecido na etapa

(c) , alimentar o motor síncrono com um sinal com a segunda frequência de chaveamento estabelecida na etapa (b) .

[0016] Por fim, os objetivos da presente invenção são alcançados por meio de um refrigerador que compreende um sistema para otimização acústica do funcionamento de um com pressor de velocidade variável conforme definido acima.

Breve Descrição dos Desenhos

[0017] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As Figuras mostram: [0018] Figura 1 - é um gráfico representativo que ilustra uma tonal, em um gráfico de frequências de largura de banda de 1/3 de oitava.

[0019] Figura 2 - ilustra um sistema que compreende um inversor de frequências conectado à rede elétrica, asso ciado a um bloco de controle e a um compressor de velocidade variável que compreende um motor síncrono.

[0020] Figura 3 - ilustra uma concretização pos sível do inversor de frequência associado ao motor síncrono do compressor de velocidade variável.

[0021] Figura 4 - ilustra uma possível concreti zação do sinal de alimentação do motor síncrono, resultado da operação do inversor de frequência.

[0022] Figura 5 - é um gráfico representativo, em que é ilustrada a curva de rendimento de um motor síncrono em função da frequência do sinal de alimentação do motor.

[0023] Figura 6 - é um diagrama simplificado das etapas de funcionamento do compressor, ilustrando a altera ção da frequência do sinal de alimentação do motor síncrono em relação a um tempo estabelecido após a operação de ali nhamento do motor.

[0024] Figura 7 - ilustra um gráfico representa tivo dos limiares de audibilidade do ouvido humano, indicando a intensidade mínima necessária em dB para que uma frequência seja percebida.

Descrição Detalhada das Figuras

[0025] A presente invenção fornece meios para re duzir o ruído acústico gerado durante os primeiros momentos de funcionamento de um compressor de velocidade variável 2, isto é, durante a chamada fase de alinhamento do motor 6. Em tal fase de alinhamento do motor 6, ocorre ao menos uma operação, denominada de operação de alinhamento do motor 6, em que um sinal de alimentação 9, com uma frequência de chaveamento especifica, alimenta o motor síncrono 6 por um período de tempo Tl, tal período TI sendo, portanto, um período de operação de alinhamento do motor 6.

[0026] Tal operação de alinhamento do motor 6 re sulta no alinhamento do motor síncrono 6 ao campo magnético gerado pelo sinal de alimentação 9, o que possibilita o posterior funcionamento do motor síncrono 6 em sua operação normal, isto é, com controle em malha fechada. Isto ocorre devido ao sinal de alimentação 9 gerar, consequentemente, um campo magnético, o que induz o motor síncrono 6 a se alinhar com tal campo, visto que o rotor do motor síncrono 6 é feito de materiais magnéticos.

[0027] Assim, após a fase de alinhamento do motor 6, observa-se que o motor síncrono 6 está eletricamente ali nhado ao campo magnético gerado pelo sinal de alimentação 9. Consequentemente, a fase de alinhamento do motor 6 permite que seja determinada também a posição mecânica do motor 6.

[0028] A determinação da posição mecânica do motor 6 acima mencionada é vantajosa, por exemplo, em aplicações voltadas à utilização do motor 6 junto a compressores, visto que em tais aplicações, é desejado determinar a posição me cânica de um pistão que possa vir a compor um sistema de compressão .

[0029] Em outras palavras, a fase de alinhamento do motor 6 resulta em duas situações desejadas. A primeira refere-se à determinação do alinhamento elétrico do motor 6, a fim de possibilitar a correta alimentação deste e seu funcionamento em malha fechada. Já a segunda, refere-se ao alinhamento mecânico do motor 6 e, consequentemente, a de terminação da posição mecânica de um pistão que possa com preender um sistema de compressão atrelado ao motor 6.

[0030] Durante a fase de alinhamento do motor 6, o ruido gerado pela frequência de chaveamento de alimentação do motor 6 se destaca por se caracterizar como um ruido tonal

1, visto que não há outras fontes de ruido, uma vez que o motor está parado.

[0031] Conforme já mencionado anteriormente e con forme ilustrado pela Figura 1, o ruido tonal é um som, cujo resultado da sua análise em frequência, com largura de banda de 1/3 de oitava, apresenta uma frequência com um nivel ao menos 5 dB (A) superior em relação ao nivel das bandas de frequências adjacentes.

[0032] Em referência à Figura 2, e de forma sim plificada, o compressor de velocidade variável 2, que com preende um motor síncrono 6, é eletricamente associado a um inversor de frequência 3, o dito inversor de frequência 3 sendo conectado à rede elétrica 4 e a um bloco de controle 5.

[0033] Durante o funcionamento do compressor 2, o inversor de frequência 3 é responsável por alimentar o motor 6 do compressor 2, a partir de uma fonte intermediária de corrente continua 8, com um sinal chaveado 7 com uma fre quência definida, de forma semelhante a um pulso alternado 9, conforme ilustrado nas Figuras 3 e 4.

[0034] Já o bloco de controle 5 é responsável pelo controle da velocidade de rotação do motor 6 do compressor

2, atuando como um sistema de controle conforme largamente utilizado e conhecido do estado da técnica.

[0035] Usualmente, define-se uma frequência de chaveamento do sinal 9 de alimentação do motor 6, após a fase de alinhamento do motor 6, a fim de se obter um rendi mento ótimo de funcionamento do compressor 2, conforme ilus trado pela Figura 5. Contudo, em função de tal critério, tal frequência de chaveamento utilizada para alimentação do mo tor 6 acaba situando na faixa de frequências audíveis do ser humano, isto é, entre 20 Hz e 20 kHz .

[0036] Dessa forma, a fim de solucionar o problema referente ao ruído gerado na fase de alinhamento do motor 6 do compressor 2, a presente invenção provê um sistema e um método para que a frequência de chaveamento do sinal de alimentação 9 do motor 6 do compressor 2 seja alterada so mente durante a fase de alinhamento do motor.

[0037] Neste cenário, e de acordo com uma reali zação preferencial da invenção, o bloco de controle 5 asso ciado ao inversor de frequência 3 e ao compressor 2 é con figurado também para estabelecer ao menos duas frequências de chaveamento (Fl, F2 ) , conforme ilustrado na Figura 6.

[0038] Uma primeira frequência de chaveamento Fl estabelecida pelo bloco de controle 5 é a frequência do sinal de alimentação 9 durante a fase de alinhamento do motor 6.

[0039] Já uma segunda frequência de chaveamento F2 estabelecida pelo bloco de controle 5 será a frequência do sinal 9 que alimenta o motor 6 do compressor 2 após a fase de alinhamento do motor 6.

[0040] Adicionalmente, e ainda em referência à Fi gura 6, o bloco de controle 5 deve ser configurado para estabelecer um período de tempo TI em que o inversor de frequência 3 deve enviar o sinal 9 com a primeira frequência de chaveamento Fl estabelecida pelo bloco de controle 5. Tal período de tempo TI corresponde à duração da fase de alinha mento do motor 6, correspondendo, portanto, a um período de operação de alinhamento do motor 6. Imediatamente após esse período de tempo Tl, o bloco de controle 5 deve indicar a mudança de frequência ao inversor de frequência 3, de modo que o motor 6 do compressor 2 seja então alimentado com um sinal 9 com a segunda frequência de chaveamento F2, estabe lecida pelo bloco de controle 5.

[0041] Contudo, a descrição acima não deve ser en tendida como uma limitação da presente invenção, de modo que a fase de alinhamento do motor 6 pode compreender diversas operações de alinhamento do motor 6. Isto é, o período de tempo Tl em que ocorre a operação de alinhamento do motor 6 pode se repetir múltiplas vezes.

[0042] Tal repetição pode ocorrer em decorrência do alinhamento mecânico do motor 6 ao campo magnético gerado pelo sinal de alimentação 9, conforme já mencionado anteri- ormente. A determinação da posição mecânica do motor 6 pode ser atingida tanto por meio de uma única operação de alinha mento, bem como através de diversas operações de alinhamento, conforme mencionado acima, uma vez que é desejado atingir tanto o alinhamento elétrico como o alinhamento mecânico do motor 6.

[0043] Em outras palavras, a fase de alinhamento do motor 6 pode compreender diversas operações de alinhamento do motor 6, a fim possibilitar a obtenção tanto do alinha mento elétrico, como do alinhamento mecânico do motor 6.

[0044] De acordo com a realização preferencial da invenção, a primeira frequência de chaveamento F1 deve ser superior à segunda frequência de chaveamento F2. De forma apenas preferencial, a segunda frequência de chaveamento F2 é definida a fim de se obter o rendimento ótimo de operação do compressor. Neste sentido, e de forma apenas preferencial, a segunda frequência de chaveamento F2 possui um valor entre 20 Hz e 20 kHz, mais preferencialmente, possui um valor de 5 kHz .

[0045] Em referência à Figura 7, é ilustrado um gráfico representativo dos limiares de audibilidade do ou vido humano, indicando a intensidade mínima necessária, em dB, para que uma frequência seja percebida. De forma gene ralizada, a maior sensibilidade auditiva se dá entre as fre quências de 2 kHz e 5 kHz, de forma que há uma perda signi ficativa de sensibilidade conforme progride-se em relação aos dois extremos da banda de frequência audível. Em espe cial, após a frequência de 12 kHz, a sensibilidade auditiva do ouvido humano é reduzida significativamente.

[0046] Conforme mencionado anteriormente, a pri meira frequência de chaveamento F1 deve ser superior à se gunda frequência de chaveamento F2, de forma que seja pouco perceptível, ou totalmente imperceptível , ao ouvido humano. Neste cenário, e ainda em referência à Figura 6, a primeira frequência de chaveamento F1 pode ser superior a 20 kHz.

[0047] Porém, conforme é ilustrado na Figura 7, e em conformidade com as informações acima descritas, a sen sibilidade do ouvido humano é reduzida significativa em fre quências acima de 12 kHz. Dessa forma, quando não for pos sível, tecnicamente, estabelecer uma primeira frequência de chaveamento F1 de 20 kHz, o estabelecimento da primeira fre quência de chaveamento F1 em 12 kHz é suficiente para atingir os objetivos da presente invenção, isto é, para reduzir sig nificativamente o ruído gerado durante a fase de alinhamento do motor 6. [0048] Portanto, em uma realização apenas prefe rencial, a primeira frequência de chaveamento F1 deve ser, preferencialmente, superior à 12 kHz . Mais preferencialmente ainda, a primeira frequência de chaveamento F1 deve ser su perior a 20 kHz.

[0049] Em vista da configuração apenas preferen cial acima exposta, entende-se que a primeira frequência de chaveamento F1 está localizada, preferencialmente, em uma região não audível do espectro de frequências (ultrassom) ou, mais preferencialmente ainda, na região pouco perceptí- vel pelo ouvido humano, de acordo com a definição dos limi ares de audibilidade ilustrados na Figura 6. Dessa forma, o sinal de alimentação 9 do motor 2 do compressor 3, quando possuir tal primeira frequência de chaveamento Fl, não terá um volume de som perceptível ou ao menos será praticamente imperceptível ao ouvido humano.

[0050] Neste sentido, e de acordo com a realização preferencial acima mencionada, o bloco de controle 5 é con figurado para estabelecer o período de tempo Tl, em que, imediatamente após tal período de tempo Tl, a frequência do sinal de alimentação 9 do motor 6 é alterada. Tal momento deve ser entendido como o instante após o fim da fase de alinhamento do motor 6, isto é, quando o motor 6 começa a girar, operando em malha fechada.

[0051] Ou seja, o período de tempo Tl indica a duração de tempo no qual o motor 6 será alimentado com um sinal 9 com a primeira frequência de chaveamento Fl . Por conseguinte, imediatamente após o período de tempo Tl, e, portanto, após a fase de alinhamento do motor 6, este será alimentado com um sinal 9 com a segunda frequência de cha veamento F2. [0052] Ademais, e em harmonia com a realização preferencial descrita, a presente invenção refere-se ainda a um método para otimização acústica do funcionamento de um compressor de velocidade variável 2 que compreende um motor síncrono 6, o compressor 2 sendo eletricamente associado a um inversor de frequência 3 e a um bloco de controle 5, o método sendo caracteri zado por compreender as seguintes etapas :

(a) estabelecer uma primeira frequência de chavea- mento Fl;

(b) estabelecer uma segunda frequência de chavea- mento F2 ;

(c) estabelecer um período de tempo Tl, que corres ponde à duração de uma operação de alinhamento do motor síncrono 6;

(d) alimentar o motor síncrono 6 com um sinal 9 com a primeira frequência de chaveamento Fl estabelecida na etapa

(a) , durante o período de tempo Tl estabelecido na etapa (c) , e

(e) após o período de tempo Tl estabelecido na etapa

(c) , alimentar o motor síncrono 6 com um sinal 9 com a segunda frequência de chaveamento F2 estabelecida na etapa

(b) .

[0053] Assim, e em harmonia com as informações pre- viamente descritas, o bloco de controle 5 é configurado para realizar as etapas (a) , (b) e (c) , enquanto que as etapas

(d) e (e) , referentes à alimentação do motor 6 do compressor 2 com as frequências de chaveamento (Fl, F2 ) estabelecidas, é realizada pelo inversor de frequência 3.

[0054] Ademais, referente à etapa (a), uma pri- meira frequência de chaveamento F1 é estabelecida, tal pri meira frequência de chaveamento F1 possuindo, preferencial mente, um valor superior a 12 kHz. Mais preferencialmente ainda, a primeira frequência de chaveamento F1 possui um valor superior a 20 kHz.

[0055] Referente à etapa (b) , uma segunda frequên cia de chaveamento F2 é estabelecida, a dita segunda fre quência de chaveamento F2 possuindo um valor na faixa de 20 Hz a 20 kHz. Preferencialmente, a segunda frequência de cha veamento F2 possui um valor de 5 kHz.

[0056] Adicionalmente, referente à etapa (c) , o período de tempo (Tl) estabelecido, que corresponde ao menos uma operação de alinhamento do motor (6), pode corresponder a múltiplas operações de alinhamento do motor (6) .

[0057] Por fim, e em harmonia com as informações previamente descritas, a presente invenção refere-se ainda a um refrigerador que compreende um sistema para otimização acústica conforme descrito anteriormente .

[0058] De forma vantajosa, a presente invenção provê meios de se eliminar os ruídos gerados por um compres sor de velocidade variável 2 durante a fase de alinhamento do motor 6, de forma a não comprometer o rendimento do com pressor 2 e nem o gerenciamento térmico do inversor de fre quência 3. Isto porque, durante o alinhamento do motor 6, é estabelecida uma primeira frequência de chaveamento F1 do motor 6 que possui um valor na faixa de frequências não audíveis ou pouco perceptíveis ao ser humano. Após tal ali nhamento, uma segunda frequência de chaveamento F2 é utili zada, com valor inferior à primeira frequência Fl, e esta belecida de forma a obter um rendimento ótimo de funciona mento do compressor 2 e garantir o gerenciamento térmico do inversor 3.

[0059] Assim, somente durante a fase de alinha mento o compressor 2 irá operar com uma frequência de cha- veamento que não é estabelecida e direcionada para se obter um rendimento ótimo e, por ser uma fase transitória, não tem impactos significativos no gerenciamento térmico do inversor 3. Durante o restante do funcionamento do compressor 2, em que um sinal 9 com a segunda frequência de chaveamento F2 alimenta o motor 6, o rendimento do compressor 2 e o geren ciamento térmico do inversor 3 serão priorizados quando do estabelecimento desta segunda frequência F2.

[0060] Tendo sido descrito um exemplo de concre tização preferido, deve ser entendido que o escopo da pre sente invenção abrange outras possíveis variações, sendo li mitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.