DE2009827A1 - Elektronische Schalteinrichtung für Kuhlgerate - Google Patents

Description

• Elektronische Schalteinrichtung für Kühlgeräte Die Erfindung bezieht sich auf Kühlgeräte mit einem Motorkompressor, der eine Einrichtung zum Schutze der Motorwicklungen vor unzulässigen Betriebsbedingungen aufweist. In der Regel erfolgt der Schutz der Wicklungen der Kompressor-Motoren durch in den Wicklungen selbst oder bei hermetisch gekapselten Motors kompressoren durch an der Kapsel angebrachte Temperaturfiihler, die bei Uberschreiten einer vorbestimmten Temperatur ansprechen und die Ausschaltung des Motors über Hilfsschaltmittel, z.B.
• Rel..wi.s, veranlassen. Es sind auch bereits Schutzeinrichtungen bekannt, bei welchen ein elektronisches Steuergerät eine Schalteinrichtung in Abhängigkeit von Zustandsänderungen der Last steuert. Diese Einrichtungen weisen neben den die Temperatur überwachenden Fühlern und den von ihnen gesteuerten elektronischen Bauelementen ein den Notorstromkreis schaltendes elektromagnetisches Relais auf.
• Andere bekannte elektronische Regeleinrichtungen für kühlgeräte eisen einen oder mehrere temperaturabhängige Widerstände auf, die in 13rücken- oder Spannungsteilerschaltung betrieben werden, und über entsprechende Verstärkerstufen ein Signal einem Relais zuführen, dessen Arbeits- oder Ruhekontakt im Strompfad des Motors liegt und dessen Aus- bzw. Einschalten bewirkt.
• Diese Einrichtungen dienen der Temperaturregelung in den Kühlräumen. In allen diesen Einrichtungen werden Bauteile verwendet, die elektromagnetisch bzw. temperaturabhängig arbeiten. Insbesondere sind bei den vorzugsweise in Kompressorkühlgeräten verwendeten Einphaseninduktionsmotoren mit Hilfsphase nach wie vor ein Anlaßrelais sowie Überstrom-und Thermoschutzschalter erforderlich.
• Alle diese Bauteile besitzen eine erhebliche Zeitkonstante, was bei der Bemessung von Motorwicklung und Schaltelementen eine beträchtliche Sicherheitszone zwischen den Betriebs- und den maximal zulässigeii Grenzbedingungen erfordert.
• Dieser Umstand ist zwangsläufig mit einem entsprechenden Kostenaufwand verbunden. Eine Einschränkung der Sicherheitszone und damit verbunden eine Kostensenkung würde sich jedoch nachteilig auf die Betriebssicherheit auswinken.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine vollelektronische Schalteinrichtung f'iir den Schutz des hermetisch gekapselten Motors von Kompressorkältemaschinen zu schaffen, die auf jede Mechanik verzichtet und damit deren Nachteile vermeidet.
• Die Erfindung besteht darin1 daß als Kriterium für das Ein- bzw.
• Ausschalten des Motors der Zustand der Motrowicklung dient, der bei Beginn jeder positiven und/oder negativen Halbwelle abgefragt und ill einer elektronischen Vergleichsschaltung mit einer Referenzgröße verglichen wird, und daß eine Triggerschaltung vorgesehen ist, die bei Übereinstimmung beider Größen einen im Hauptstromkreis des Motors liegenden elektronischen Leistungsschalter durchschaltet. Als elektronischer Leistungsschalter können dabei beispielsweise eiii Triac oder zwei antiparallel geschaltete Thyristorell verwendet werden. Da die Einleitung der Durchschaltung durch die Triggerschaltung bereits bei einer Bogenspannung von ca. 10 Volt erfolgt, 5 lehrt im durchgeschalteten Zustand annähernd die volle Leistung am Verbraucher zur Verfügung.
• Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser Art von Motorschutzschaltung besieht darin, daß sie ohne nennenswerten Mehraufwand zur Temperaturregelung des Kühlgerätes mit ausgenutzt werden kann. Wird die Triggerschaltung mono- oder bistabil ausgeführt, @obei eines der beiden Glieder von einem @emperaturabhängigen Widersiand angesteuert wird, so erhält man eine "Und"-Verknüpfung zwischen der heispielsweise von Hand einstellbaren oder durch die Schaltung festgelegten Ansprechtemperatur des als Temperaturfühler dienenden temperaturabhängigen Widerstandes im Kühlbehälter und der zulässigen Betriebsbedingung bzw. Funktionsfähig-@@it des Motorkompressors.
• Dieser kann also nur eingeschaltet werden, wenn beide Bedingungen, also Funktionsfähigkeit und Kühlbedarf, vorliegen. Damit bildet der zu steuernde Motor mit der elektronischen Schalteinrichtung eine komplexe Einheit une ermöglicht so einen wirksamen Motorschutz, der den Betrieb bis an die Grenze der Zulässigkeit erlaubt.
• Bei Verwendung des Einphasen-Induktionsmotors mit Hilfsphase entfallen dann die seither benötigten Relais.
• @m Gegensatz zu den bisher bekannten elektronischen Schaltungsanordnungen für eine Temperaturregelung und Steuerung des Abtauvorgangs in Kühlschränken, die einen erheblichen Aufwand an Schaltelementen erfordern, bietet die Erfindung infolge der zusätzlichen Ausnutzbarkeit der Schutzschaltung zur Temperaturregelung die Möglichkeit einer wesentlichen Aufwandsverminderung und erweist sich als besonders vorteilhaft anwendbar bei den Zwei-Temperatur-Schränken mit in Normalkühlabteil angeordnetem Nachverdampfer, der zwangsläufig während jeder Stillstandsperiode des Kompressors abgetaut wird.
• Schaltungstechnisch können die orstehend beschriebenen Merkmale der Erfindung folgendermaßen erricht werden: Die wicklung bzw. die Wicklungen des Kompressormotors wird bzw.
• werden zusammen mit einem externen Vergleichswiderstand entsprechender Größe, der gegebenenfalls auch einstellbar sein kann, zu einer Quasi-Brückenschaltung verbunden.
• Es wird nun nicht, wie üblich, ein Gleichgewichtspegel gebildet, sondern es wird die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit der bei den Briickenhtilften mittels einer entsprechenden Schaltung verglichen.
• Hierfür kann beispielsweise ein programmierbarer Uni-junction-Transistor (PUT) verwendet werden.
• In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im fo]genden näher beschrieben werden soll. Fig. 1 zeigt das gesamte Funktionsschaltbild für die Motorsteuerung, Fig. 2 ist eine Darstellung der Logik-Schaltung für den i>UT.
• In den Abbildungen ist mit M der Kompressormotor, mit Tr die Triggerschaltung, mit Rref ein Referenzwj derstantl, mit Thi bzw.
• Tha die Triacs für lIaupt- und llilfsphasc, mit n Dioden fiir die Triggerschaltung und mit Z ein Zeitschaltglied bezeichnet. Rv sind Vorwiderstände. Die weiteren Bezeichnungen ergeben sich aiis der folgenden Beschreibung.
• Stellt sich auf der Wicklungsseite, d.h. in dem Zweig, der den Wicklungswiderstand Rw des Motors enthält, eine Widerstandsänderung über einen vorgegebenen Höchstwert ein, was im Betrieb durch Unterbrechung, Kurzschluß, Windungsschluß. Temperaturüberhöhung, Untertemperatur oder dgl. eintreten kann, so verschiebt sich der Spannungsanstieg auf einem Zweig so weit, daß der PUT zündet und die aus diesem Kreis gewonnene bzw. abgezweigte Betriebsspannung für den nachgeschalteten Triggerschalter Tr kurzschließt.
• Somit kann selbst bei Vorliegen einer anderen Regelgröße, wie z.B. von der später beschriebenen Temperaturregelung,kein Durchschalten des Lelstungsschalters (Thi, Tha) erfolgen.
• Andererseits wird diese Schaltungsanordnung im Falle einer Ziindung des Leistungsschalters bei Funktionsfähigkeit des Motors (und ggfs. bei Kühlbedarf) von diesem überbrückt und somit für den Rest des Spannungsverlaufes bis zum nächsten Nulldurchgang (genauer bis zum Unterschreiten der Ilaltespannung) unwirksam gemacht.
• Wie oben bereits ausgeführt, erfolgt das Abfragen des Betriebszustandes des Motors M jeweils zu Beginn einer positiven und (oder) negativen flalbwelle der Netzspannung in einer Zeitspanne, die durch den Zündeinsatzpunkt am Leistungsschalter begrenzt ist.
• Wird der Leistungsschalter durchgeschaltet, so fließt im Motor zunächst ein erhöhter Anlaufstrom, der im Falle eines Einphaseninduktionsmotors mit Hilfsphase an einem in Hauptphasenkreis liegenden Widerstand Rv (Fig.i) einen Spannungsabfall proportional zum Anlaufstrom erzeugt und der, da zwischen Anlauf und Betrieb ein Verhältnis von ca. 1:3 bis 1:4 vorliegt, unmittelbar zum Triggerndes Leistungsschalters Thi für die Einschaltung der Hilfsphase herangezogen wird. Um diese Schaltung auch zur Temperaturregelung heranziehen zu können,ist es nur notwendig, im Kühlgerät an den zu überwachenden Stellen temperaturabhängige Widerstände Rt in Gestalt von NTC- oder PTC-Widerständen, z.B, Thermistoren, vorzusehen und diese derart in die Triggerschaltung einzubeziehen, <laß die oben bereits beschriebene "Und"-Verknüpfung besteht.
• Eine andere, hinsichtlich der dem Verbraucher zugeführten Leistung günstigere Schaltung besteht darin, auch den Hilfsphasenstromkreis in sinngemäß gleicher Weise wie den Hauptphasenstromkreis jeweils nach dem Nulldurchgang der Netzspannung zu triggern und den Spannungspegel am Vorwiderstand zum Öffnen einer Torschaltung im Triggerkreis mittels einer einstellbaren Zeitkonstante heranzuziehen. Damit läßt sich eine genaue Anpassung der Einschaltdauer an die Erwärmungszeitkonstante der IIilfsphase erzielen.
• Diese Lösung erfordert allerdings einen etwas höheren Aufwand.
• Eine den Aufwand an Schaltungselementen weiter vermindernde Maßnahme besteht darin, bei Zwei-Temperaturschränken mit elektrischer Abtauheizung den Heizwiderstand Rh als Vorwiderstand zur Stromversorgung der elektronischen Schalteinrichtung auszunut$en.
• Da diese Heiung jeweils mir während der Stillstandszeiten des Motors wirksam ist, fällt auch die Stromaufnahme zeitlich mit der "Aus-Phase der Schalteinrichtung zusammen.
• Tritt dabei durch einen Betriebsumstand eine Unterbrechung im Heizstromkreis auf, so kaiin auch die nachgeschaltete Triggerschaltung keine Zündimpulse erzeugen und der Kältekreislauf bleibt ausgeschaltet, bis die Störung behoben ist.
• Des weiteren kann durch eine sogenannte "Klammerschaltung" erreicht werden, daß der Motorkompressor be@ aufgetretenen Störungen erst wieder durch ein von hand zu gebendes Startsignal eingeschaltet werden kann. Vorteilhaft ist ferner, rlnß für den Betrieb des Motors keine weiteren Leitungen für entsprechende Fühlelemente benötigt werden, da das Abfragen seiner Betriebsfähigkeit über die Betriebsanschlußleitung erfolgt. Damit ist auch die elektronische Schaltung an keinen bestimmten Platz gebunden. Auch sind Schwankungen der Netzspannung in dem üblichen Rahmen ohne Bedeutung fiir die Schaltung, da, wie bereits oben ausgeführt, nicht die Netzspannung in ihrer Größe, sondern die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit als 13ewertungsgrundlage herangezogen ist.
• Die elektronische Schalteinrichtung kann sowohl in sogenannter Dickfilmtechnik ausgeführt als auch als monolithisch integrierter Baustein ausgebildet sein.
• 6 Seiten Beschreibung 6 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnung

Claims (6)

1. Patentansprüche Elektronische Schalteinrichtung zum Schutze der Motorwicklung von hermetisch gekapselten Motorkompressoren fiir Kiihlgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium fiir das Ein- und Ausschalten des Motors der Zustand der Motorwicklung dient, der bei Beginn jeder positiven und/oder @egativen Ilaibwelle der Netzspannung abgefragt und in einer elektronischen Vergleichsschaltung mit einer Referenzgröße verglichen wird, und daß eine Triggerschaltung vorgesehen ist, die bei Ubereinstimnung beider Größen einen im Hauptstromkreis des Motors liegenden elektronischen Leistungsschalter (Triac oder aequivalentes Schaltaltelement) durchschaltet.
2. 2) Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 für Kühlgeräte, deren Kompressor durch einen Einphasen-lndukt ions -motor mit Hilfsphase angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis der Hilfsphase ein weiterer elektronischer Leistungsschalter (Triac Thi) angeordnet ist, der von einem mit der Triggerschaltung (Tr) verbundenen Zeitglied (Z) gesteuert wird1 das die Einschaltdauer der Hilfsphasenwicklung bestimmt.
3. 3) Elektronische Schalteinrichtung nach @nspruch 1, dadurch gekennzeichuet, daß sie mit einer Temperaturregelung des Kühlgerätes in der Weise verbunden ist, daß die @riggerschaltung zusätzlich durch einen oder mehrere im Kühlgerät angeorduete temperaturabhängige Widerstärde angesteuert wird. wobei in der Triggerscha@@ung eine "Und"-Verknüpfung zwischen der Ansprechtemperatur des Kühlgerätes und der Funktions@ähigkeit des Motorkompressors gebildet ist.
4. 4) @lektr@@ische Schalternrichtung nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß a@@ Vorwiderstand zur Str@@-versor@ung der Schalteinrichtung der Heizwiderstand (Rh) für das Abtauen des Verdampfers dient.
5. 5) Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch @ekennzeichnet, daß sie in Dickfilmtechnik ausgeführt ist.
6. 6) Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als monolithisch-integrierter Baustein ausgebildet ist.