Estudo de Estratégias de Controle para Refrigeradores Domésticos com Compressores Lineares

Abstract

O presente trabalho traz o estudo de estratégias de controle para compressores lineares que operam sem óleo lubrificante. O compressor Wisemotion é uma inovação da empresa Embraco lançado recentemente no mercado, porém apresenta uma reduzida eficiência quando opera em potências de saída próximo a valores mínimos (20W). Neste panorama, o refrigerador foi avaliado sob dois modos de funcionamento: Liga/desliga e um controle por modulação de largura de pulso (PWM). Para avaliação do consumo de energia dos dois modos de funcionamento, foi usada uma metodologia em regime permanente apontando uma redução da ordem de 10% no consumo de energia quando o refrigerador opera no modo PWM. Assim, foi desenvolvido uma estratégia de controle global para o refrigerador composta por 2 controladores monovariáveis do tipo PI: um controlador para altas demandas de capacidade de refrigeração, alterando a potência de saída do compressor e outro para baixas cargas térmicas, onde a potência de saída do compressor é fixa e a largura de pulso do acionamento é modulado. Os controladores são comutados automaticamente segundo uma lógica de chaveamento que leva em consideração a temperatura do congelador e os sinais de controle calculados. Resultados obtidos mostram que o sistema é capaz de comutar os modos de operação de uma forma eficiente garantindo seguimento de referência e rejeição de perturbações em condições de alta e baixa carga térmica.

This work presents a study of control systems for linear compressors that works without lubricating oil. The Wisemotion Embraco compressor is a company's innovation launched recently in the market, but has a reduced efficiency when operating around the minimum values (20W). In this context, the refrigerator was evaluated under two operating modes: On/off and a pulse width modulation (PWM) control. To evaluate the energy consumption of the two operating modes, it was used a steady state methodology which showed that operating in PWM control the system obtains energy consumption reduction of around 10%. Therefore, it was developed a control strategy for the refrigerator with two SISO PI controllers: A controller for high demands of cooling capacity, varying the output power of the compressor and another for low thermal loads, where the output power of the compressor is fixed and the pulse width is modulated. The controllers are automatically switched according to a switching logic which takes into account the freezer temperature and the calculated control signals. Results obtained show that the control system is able to change its operating mode efficiently ensuring the reference tracking and load disturbance rejection at high and low thermal load conditions.