Sistema de actuación para un compresor lineal resonante, procedimiento para actuar un compresor lineal resonante y compresor lineal resonante.

Sistema de actuación para un compresor lineal resonante (50), siendo el compresor lineal resonante

(50) una parte integral de un circuito de refrigeración, comprendiendo el compresor lineal resonante (50) al menos un cilindro (2), al menos un cabezal (3), al menos un motor eléctrico y al menos un resorte, albergando el cilindro (2) un pistón (1) operativamente,

estando el sistema de actuación caracterizado por comprender al menos un control electrónico de actuación (20) para actuar el motor eléctrico, comprendiendo el control electrónico de actuación (20) al menos un circuito de control (24) y al menos un circuito de actuación (26), asociados entre sí,

estando el control electrónico de actuación (20) asociado electrónicamente al motor eléctrico del compresor lineal (50), estando el sistema de actuación configurado para detectar al menos una condición de sobrecarga del compresor lineal (50), a través de al menos una magnitud eléctrica medida o estimada por el control electrónico de actuación (20), y ajustar, a partir de un modo de control de sobrecarga, la frecuencia de actuación del motor eléctrico hasta una frecuencia de resonancia electromecánica.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/BR2012/000066.

Solicitante: WHIRLPOOL S.A..

Nacionalidad solicitante: Brasil.

Dirección: Av. das Nações Unidas, 12.995, 32º andar Brooklin Novo 04578-000 São Paulo SP BRASIL.

Inventor/es: DAINEZ, PAULO, SERGIO, LILIE, DIETMAR, ERICH, BERNHARD.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO;... > MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO;... > Bombas de pistón especialmente adaptadas para fluídos... > F04B35/04 (siendo los medios eléctricos)

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Fragmento de la descripción:

Sistema de actuación para un compresor lineal resonante, procedimiento para actuar un compresor lineal resonante y compresor lineal resonante 5

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema de actuación para un compresor lineal resonante, aplicado a sistemas de refrigeración, estando estos últimos particularmente diseñados para funcionar a la resonancia electromecánica de dicho compresor, de modo que el sistema será capaz de elevar la potencia máxima suministrada por el actuador lineal, en condiciones de sobrecarga de dicho sistema de refrigeración.

Adicionalmente, la presente invención se refiere a un procedimiento de actuación para un compresor lineal resonante, las etapas de operación del cual permiten actuar el equipo a la frecuencia de resonancia electromecánica, así como controlar la actuación del mismo en condición de sobrecarga.

Finalmente, la presente invención se refiere a un compresor lineal resonante provisto de un sistema de actuación según se propone en el objeto actualmente reivindicado.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Los compresores de pistón alterno conocidos operan al efecto de generar una presión para comprimir el gas dentro de un cilindro, empleando un movimiento axial del pistón, de modo que el gas en el lado de baja presión, denominada también presión de succión o presión de evaporación, entra en el cilindro a través de la válvula de succión.

El gas es comprimido entonces dentro del cilindro por el movimiento del pistón y, después de ser comprimido, sale del cilindro a través de la válvula de descarga hacia la válvula de alta presión, denominada también presión de descarga o condensación.

En el caso de compresores lineales resonantes, el pistón es actuado por un actuador lineal que está formado por un soporte e imanes, que puede ser actuado por una o más bobinas. Dicho compresor lineal comprende, además, uno o más resortes, que conectan la parte móvil (pistón, soporte e imanes) con la parte fija, estando esta última formada por el cilindro, el estator, la bobina, el cabezal y la estructura. Las piezas móviles y los resortes forman el conjunto resonante del compresor.

Dicho conjunto resonante, actuado por el motor lineal, tiene la función de desarrollar un movimiento alterno lineal, haciendo que el movimiento del pistón dentro del cilindro ejerza una acción de compresión del gas que ha dejado entrar la válvula de succión, hasta que pueda ser descargado a través de la válvula de descarga hacia el lado de alta presión.

El rango de operación del compresor lineal es regulado por el equilibrio de la potencia generada por el motor con la 45 potencia consumida por el mecanismo de compresión, además de las pérdidas generadas en este proceso. Con el fin de lograr la máxima eficiencia termodinámica y la capacidad máxima de refrigeración, es necesario que el desplazamiento máximo del pistón se acerque tanto como sea posible al final del recorrido, reduciendo así el volumen de gas muerto en el proceso de compresión.

Para hacer que el proceso sea posible, se hace necesario que el recorrido del pistón sea conocido con una gran precisión, de manera que presenta el riesgo de impacto del pistón al final del recorrido con el cabezal del equipo. Este impacto puede generar una pérdida de eficiencia del aparato o incluso romper el compresor, además de generar ruido acústico.

Por lo tanto, cuanto mayor sea el error en la estimación/medición de la posición del pistón, mayor es el coeficiente de seguridad requerido entre el desplazamiento máximo y el final del recorrido, con el fin de operar el compresor en condiciones de seguridad, lo que conduce a la pérdida de rendimiento del producto.

Por otro lado, si es necesario reducir la capacidad de refrigeración del compresor debido a la menor necesidad del sistema de refrigeración, es posible reducir el recorrido máximo de operación del pistón, reduciendo la potencia suministrada al compresor, y por lo tanto es posible controlar la capacidad de refrigeración del compresor, obteniendo una capacidad variable.

Una característica adicional y muy importante de la operación de los compresores lineales resonantes es su frecuencia de actuación.

En general, los compresores resonantes están diseñados para funcionar a la frecuencia de resonancia del denominado sistema de masa/resorte, una condición en la que la eficiencia es máxima y en la que la masa considerada viene dada por la suma de las masas de la parte móvil (pistón, soporte e imanes) , y el resorte equivalente (KT) se obtiene a partir de la suma del resorte resonante del sistema (KML) , más el resorte de gas generado por la fuerza de compresión del gas (KG) , que tiene un comportamiento similar a un resorte variable no lineal, y que depende de las presiones de evaporación y condensación del sistema de refrigeración, así como del gas utilizado en dicho sistema.

Algunas soluciones de la técnica anterior tratan de resolver el problema de la frecuencia de actuación de los compresores resonantes para ciertas condiciones de operación, según se expondrá más adelante.

El documento WO 00079671A1 utiliza la detección de la fuerza contra-electromotriz (CEMF - counter electromotive force) del motor para ajustar la frecuencia de resonancia, pero esta técnica tiene la desventaja de que necesita un tiempo mínimo sin corriente para detectar el cruce por cero de la CEMF, perjudicando de este modo la potencia máxima suministrada y la eficiencia por la distorsión en la forma de onda de la corriente.

A su vez, la patente US5.897.296 describe un control con sensor de posición y control de frecuencia para minimizar la corriente. Esta solución es similar a las ya disponibles en la técnica anterior y tiene la desventaja de que se tiene que perturbar el sistema periódicamente para el ajuste de la frecuencia de actuación, que puede perjudicar en gran medida el rendimiento del producto final.

La patente US 6.832.898 describe un control de la frecuencia de operación por medio del máximo de potencia para una corriente constante. Esta técnica emplea el mismo principio de la patente anterior, y tiene el mismo inconveniente de perturbar el sistema constantemente.

Todas las soluciones anteriores, además de las descritas por los documentos US 5.980.211, KR0237562 y KR0176909, tienen el objetivo principal de actuar el compresor a la frecuencia de resonancia del sistema mecánico, independientemente del procedimiento de ajuste de frecuencia y, en esta condición, la relación entre el desplazamiento y la corriente es máxima (o velocidad y corriente) .

Aunque la eficiencia es máxima a la frecuencia de resonancia mecánica, la tensión de alimentación no está en el punto óptimo, es decir, la relación entre el desplazamiento y la tensión de alimentación no es máxima a esta frecuencia. Por lo tanto, dependiendo del diseño del actuador y la condición de carga del sistema de refrigeración/y el compresor, el sistema puede estar limitado por la tensión máxima que el sistema de control puede suministrar, lo que limita la potencia máxima del sistema, o hacer que el tiempo de respuesta sea muy alto para reducir la temperatura interna del sistema de refrigeración, que puede afectar a la conservación de los alimentos dentro del 45 sistema.

Una solución para este problema de sobrecarga es el sobredimensionamiento del actuador lineal, lo que aumenta el coste y reduce la eficiencia del sistema en la condición nominal.

En base a lo anterior, la presente invención prevé un sistema y un procedimiento para la actuación de un pistón de un compresor lineal resonante, diseñado para suministrar la máxima potencia al equipo en... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de actuación para un compresor lineal resonante (50) , siendo el compresor lineal resonante (50) una parte integral de un circuito de refrigeración, comprendiendo el compresor lineal resonante (50) al menos un cilindro (2) , al menos un cabezal (3) , al menos un motor eléctrico y al menos un resorte, albergando el cilindro (2) un pistón (1) operativamente, estando el sistema de actuación caracterizado por comprender al menos un control electrónico de actuación (20) para actuar el motor eléctrico, comprendiendo el control electrónico de actuación (20) al menos un circuito de control (24) y al menos un circuito de actuación (26) , asociados entre sí, estando el control electrónico de actuación (20) asociado electrónicamente al motor eléctrico del compresor lineal (50) , estando el sistema de actuación configurado para detectar al menos una condición de sobrecarga del compresor lineal (50) , a través de al menos una magnitud eléctrica medida o estimada por el control electrónico de actuación (20) , y ajustar, a partir de un modo de control de sobrecarga, la frecuencia de actuación del motor eléctrico hasta una frecuencia de resonancia electromecánica.

2. Sistema de actuación según la reivindicación 1, caracterizado por que la magnitud eléctrica medida o estimada viene dada por un valor de velocidad del pistón (Vp) .

3. Sistema de actuación según la reivindicación 1, caracterizado por que la magnitud eléctrica medida o estimada viene dada por un valor de desplazamiento del pistón (dp) .

4. Sistema de actuación según la reivindicación 1, caracterizado por que el control de sobrecarga está configurado para ajustar la frecuencia de actuación del motor eléctrico tomando como base el valor de desplazamiento del pistón 25 (de (t) ) con respecto a un desplazamiento máximo de referencia (DREF) .

5. Sistema de actuación según la reivindicación 1, caracterizado por que el modo de control de sobrecarga está configurado para ajustar la frecuencia de actuación del motor eléctrico tomando como base el valor de fase de la velocidad () del motor del compresor (50) con respecto a una fase de velocidad de referencia (REF) .

6. Sistema de actuación según la reivindicación 1, caracterizado por que el modo de control de sobrecarga está configurado para ajustar la frecuencia de actuación del motor eléctrico tomando como base un valor de fase del desplazamiento (d) del motor del compresor (50) con respecto a una fase de desplazamiento de referencia (dREF) .

7. Sistema de actuación según la reivindicación 1, caracterizado por que el modo de control de sobrecarga está configurado para ajustar la frecuencia de actuación del motor eléctrico tomando como base un valor de fase de corriente mínimo (c) .

8. Sistema de actuación según la reivindicación 6, caracterizado por que el ajuste de la frecuencia de actuación viene dado a partir de una diferencia de fase entre el valor de desplazamiento del pistón (de (t) ) y un valor de fase de tensión de entrada (Vint) de alrededor de -180 grados.

9. Sistema de actuación según la reivindicación 5, caracterizado por que el ajuste de la frecuencia de actuación viene dado a partir de una diferencia de fase entre el valor de fase de la velocidad (v) y un valor de fase de tensión 45 de entrada (Vint) de alrededor de -90 grados.

10. Procedimiento de actuación para un compresor lineal resonante (50) , comprendiendo el compresor lineal resonante (50) al menos un motor eléctrico, siendo actuado el motor eléctrico por un inversor de frecuencia, estando el procedimiento de actuación caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

a) medir o estimar, en cada ciclo de operación (TR) del compresor lineal resonante (50) , una frecuencia de actuación (FR) , un desplazamiento máximo del pistón (de (t) ) del compresor lineal resonante (50) y/o la fase de desplazamiento del pistón (d) y/o la fase de velocidad del pistón (v) y/o la fase de corriente (c) . b) comparar el desplazamiento máximo del pistón (de (t) ) con un desplazamiento máximo de referencia (DREF) , y calcular un error de desplazamiento (Err) , 14

c) calcular un valor de tensión de alimentación de operación (Ampop) del motor eléctrico, a partir de un valor de tensión de alimentación de operación de un ciclo anterior y del error de desplazamiento (Err) obtenido en la (s) etapa (s) anterior (es) ; d) comparar el valor de tensión de alimentación de operación (Ampop) del motor eléctrico calculado en la etapa anterior con un valor máximo de tensión de alimentación (Amax) ; e) si el valor de tensión de alimentación de operación (Ampop) calculado en la etapa "c" es menor o igual que el valor máximo de tensión de alimentación (Amax) , desactivar un modo de control de sobrecarga del motor eléctrico y disminuir la frecuencia de actuación (FR) hasta un valor de frecuencia de resonancia mecánica; y volver a la etapa a) ;

f) si el valor de tensión de alimentación de operación (Ampop) calculado en la etapa "c" es mayor que el valor máximo de tensión de alimentación (Amax) , activar el modo de control de sobrecarga y aumentar la frecuencia de actuación (FR) hasta una frecuencia de resonancia electromecánica.

11. Procedimiento de actuación según la reivindicación 10, caracterizado por que el modo de control de sobrecarga comprende además las etapas siguientes: g) comparar el desplazamiento máximo del pistón (de (t) ) con un valor de desplazamiento del pistón de un ciclo (de (t1) ) que precede al período del ciclo de operación (TR) ; h) si el desplazamiento máximo del pistón (de (t) ) es mayor que el desplazamiento del pistón del ciclo anterior (de (t1) ) , comparar la frecuencia de actuación (FR) con una frecuencia de operación del ciclo anterior (FR (t-1) ) ;

i) si la frecuencia de actuación (FR) es mayor que la frecuencia de actuación del ciclo anterior (FR (t-1) ) , aumentar la frecuencia de actuación (FR) en un valor delta de frecuencia (Tf) y volver a la etapa a) ; j) si la frecuencia de actuación (FR) no es mayor que la frecuencia de actuación del ciclo anterior (FR (t-1) ) , disminuir la frecuencia de actuación (FR) en un valor delta de frecuencia (Tf) y volver a la etapa a) ; k) si el desplazamiento máximo del pistón (de (t) ) no es mayor que el desplazamiento máximo del pistón del ciclo anterior (de (t-1) ) , comparar la frecuencia de actuación (FR) con la frecuencia de actuación del ciclo anterior (FR (t-1) ) ; l) si la frecuencia de actuación (FR) es menor que la frecuencia de actuación del ciclo anterior (FR (t-1) ) , aumentar la frecuencia de actuación (FR) en un valor delta de frecuencia (Tf) y volver a la etapa a) ; m) si la frecuencia de actuación (FR) no es mayor que la frecuencia de actuación del ciclo anterior (FR (t-1) ) , disminuir la frecuencia de actuación (FR) en un valor delta de frecuencia (Tf) y volver a la etapa a) .

12. Sistema de actuación según la reivindicación 11, caracterizado por que las etapas "g" a "m" definen un modo de control de sobrecarga para un desplazamiento máximo del pistón del compresor (50) .

13. Procedimiento de actuación según la reivindicación 10, caracterizado por comprender además las siguientes

etapas: n) calcular una fase de velocidad () del pistón del compresor (50) ; o) comparar la fase de velocidad () del pistón del compresor (50) con un valor de fase de velocidad de referencia (VREF) ; p) si la fase de velocidad () es mayor que la fase de velocidad de referencia (VREF) , aumentar la frecuencia de actuación (FR) en un valor delta de frecuencia (Tf) y volver a la etapa a) ; q) si la fase de velocidad () no es mayor que la fase de velocidad de referencia (VREF) , disminuir la frecuencia de actuación (FR) en un valor delta de frecuencia (Tf) y volver a la etapa a) .

14. Procedimiento de actuación según la reivindicación 13, caracterizado por que las etapas "n" a "q" definen un 45 modo de control de sobrecarga del compresor (50) para un ajuste de la fase de velocidad de frecuencia de alrededor de -90 grados.

15. Procedimiento de actuación según la reivindicación 10, caracterizado por que comprende además las siguientes etapas:

n) calcular una fase de desplazamiento (d) del pistón del compresor (50) ; o) comparar la fase de desplazamiento (d) calculada en la etapa anterior con un valor de fase de desplazamiento de referencia (DREF) ; p) si la fase de desplazamiento (d) es mayor que la fase de desplazamiento de referencia (DREF) , aumentar la frecuencia de actuación (FR) en un valor delta de frecuencia (Tf) y volver a la etapa a) ;

q) si la fase de desplazamiento (d) no es mayor que la fase de desplazamiento de referencia (DREF) , disminuir la frecuencia de actuación (FR) en un valor delta de frecuencia (Tf) y volver a la etapa a) .

16. Procedimiento de actuación según la reivindicación 15 caracterizado por que las etapas "n" y "q" definen un modo de control de sobrecarga del compresor (50) para un ajuste de la fase de desplazamiento de referencia de alrededor de -180 grados.

17. Procedimiento de actuación según la reivindicación 10, caracterizado por que el modo de control de sobrecarga comprende además:

n) calcular una fase de corriente (c) del compresor (50) ; o) comparar la fase de corriente (c) calculada en la etapa anterior con un valor de fase de corriente de un ciclo (c1) que precede al período del ciclo de operación (TR) ; p) si la fase de corriente (c) es mayor que el valor de fase de corriente del ciclo anterior (c-1) , comparar la frecuencia de actuación (FR) con una frecuencia de actuación del ciclo anterior (FR (t-1) ) ;

q) si la frecuencia de actuación (FR) es mayor que la frecuencia de actuación del ciclo anterior (FR (t-1) ) , aumentar la frecuencia de actuación (FR) en un valor delta de frecuencia (Tf) y volver a la etapa a) ; r) si la frecuencia de actuación (FR) no es mayor que la frecuencia de actuación del ciclo anterior (FR (t-1) ) , disminuir la frecuencia de actuación (FR) en un valor delta de frecuencia (Tf) y volver a la etapa a) ; s) si el valor de fase de corriente (c) no es mayor que el valor de fase de corriente del ciclo anterior (c-1) , comparar la frecuencia de actuación (FR) con una frecuencia de actuación del ciclo anterior (FR (t-1) ) ; t) si la frecuencia de actuación (FR) es menor que la frecuencia de actuación del ciclo anterior (FR (t-1) ) , aumentar la frecuencia de actuación (FR) en un valor delta de frecuencia (Tf) y volver a la etapa a) ; u) si la frecuencia de actuación (FR) no es menor que la frecuencia de actuación del ciclo anterior (FR (t-1) ) , disminuir la frecuencia de actuación (FR) en un valor delta de frecuencia (Tf) y volver a la etapa a) .

18. Procedimiento de actuación según la reivindicación 17, caracterizado por que las etapas "n" a "u" definen un modo de control de sobrecarga del compresor (50) para un cambio de corriente mínimo.

19. Compresor lineal resonante (50) , caracterizado por comprender un sistema de actuación según se define en las 30 reivindicaciones 1 a 9, y un procedimiento de actuación según se define en las reivindicaciones 10 a 18.