Medição de frequência rotacional em regime transitório de tombamento em compressores herméticos para refrigeração

Abstract

O compressor é um dos principais componentes do sistema de refrigeração e no caso da refrigeração doméstica os mesmos são tipicamente herméticos. As atividades de controle da qualidade e de P&D são auxiliadas por grande diversidade de ensaios. Muitos desses ensaios preveem o monitoramento da frequência rotacional do motor elétrico inerente ao compressor. A característica hermética impossibilita o uso de transdutores específicos - como encoders e tacogeradores. Assim, a medição através de grandezas externamente disponíveis torna-se mandatória para ensaios em larga escala. Trabalhos sobremedição indireta de frequência rotacional foram desenvolvidos nolaboratório ao qual o presente trabalho está relacionado. Nesses, análises de sinais de pressão de descarga, vibração da carcaça e corrente de alimentação foram realizadas; ferramentas de processamento de sinais no domínio da frequência e tempo-frequência foram avaliadas para condições de regime permanente e transitório. Oportunidade de análise específica se mostrou para o ensaio de tombamento, no qual é avaliada a adequação de compressores para determinadas aplicações. Nesse tipo de ensaio os compressores são submetidos a demandas de cargas que fazem com que a frequência rotacional varie rapidamente com o tempo, o que caracteriza um comportamento transitório dessa grandeza. Assim, a medição deve ser adequada para identificar o instante no qual a frequência rotacional ultrapassa um limite predefinido. O presente trabalho apresenta propostas de formas de medição da frequência rotacional para o ensaio de tombamento. Diferentes ferramentas matemáticas de análise de sinais - Transformada interpolada de Fourier,Transformada Chirp-Z e Transformadas Wavelet - são empregadas para obtenção da frequência rotacional a partir da pressão de descarga, vibração da carcaça e corrente de alimentação. Atividades experimentais são descritas e resultados são analisados com foco no comportamento da frequência rotacional na situação de interesse e na identificação do instante de tombamento. Análises de repetibilidade são realizadas em um compressor instrumentado para obtenção de medições de referência. As propostas de alternativas de medição mais adequadas para determinadas situações são indicadas. Obtiveram-se diferenças inferiores a 1% para as alternativas de medição mais adequadas em relação às medições de referência. <br>

Abstract : The compressor is one of the main components related to refrigerationsystems and, regarding to household refrigeration systems, is typicallyof the hermetic type. Activities on quality control and R&D o frefrigeration compressors are supported by a wide diversity of tests. During many of these tests is regarded the monitoring of rotational frequency of compressor's electric motor. The hermetic feature make sunattainable the use of specific transducers, such as encoders and tacho generators. Thus, the measurement through externally measurable quantities becomes mandatory for large-scale tests. Studies on indirect measurement of rotational frequency were developed in the laboratory related to this dissertation. In these, signal analysis of discharge pressure, compressor shell vibration and supply current were performed; signal processing techniques in frequency and time-frequency domains were applied to steady and unsteady state conditions. An opportunity fora specific analysis was shown regarding the compressor stalling test,which evaluates the suitability of compressors for specific applications. In this type of test the compressor is subjected to load requirements, which cause the rotational frequency to vary quickly over time, whatassign a transient behavior to this quantity. Thus, the rotational frequency measurement must be suitable to identify the instant which it surpasses a predefined threshold. This dissertation presents measurement approaches to the rotational frequency during stall tests of refrigeration compressors. Different mathematical tools for signalanalysis, such as Interpolated Fourier Transform (FFTint), Chirp-Z Transform and Wavelet Transforms, are used for o btaining the rotational frequency from the discharge pressure, shell vibration andsupply current signals. Additionally, experimental activities are described and the results are analyzed focusing on the behavior o frotational frequency and on the identification of stalling instant. Repeatability analyses are realized using an instrumented compressor in order to obtain reference measurements. The best approaches for specific test situations are indicated, which presented results with differences of less than 1% related to the reference measurements.