ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА С ПРИВОДОМ ОТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 1997 года по МПК F25D29/00 F25B49/02 

Изобретение относится к области холодильной техники, а более конкретно к холодильным установкам с асинхронным трехфазным электроприводом компрессоров, и может быть использовано в авторефрижераторах, судовых холодильных установках, холодильных камерах, компрессоры которых допускают вращение только в одну сторону.

Известны холодильные установки, в том числе для использования в авторефрижераторах [1, 2] содержащие средства запуска электродвигателя, средства контроля температурного режима, а в необходимых случаях [2] также средства аварийного отключения цепей питания электродвигателя. Подобные известные решения обеспечивают оптимизацию температурного режима и экономию затрат энергии. Однако они относительно сложны и не обеспечивают эффективной работы электродвигателя компрессора вышеуказанного типа при запитке его от источника переменного трехфазного напряжения.

Известна также холодильная установка, наиболее близкая к изобретению по технической сущности, содержащая блок включения, блок коммутации, трехфазный электродвигатель и компрессор; коммутирующие входы блока коммутации подключены к источнику трехфазного напряжения, выходы блока коммутации подключены к фазным входам электродвигателя, вал которого механически соединен с валом компрессора, выход блока включения соединен с управляющим входом блока коммутации [3] При подаче управляющего сигнала с блока включения на управляющий вход блока коммутации последний срабатывает и подключает силовые цепи электродвигателя к трехфазной сети. Электродвигатель начинает вращаться, приводя во вращение вал компрессора, обеспечивающего работу холодильной установки.

Недостатком данного устройства является то, что оно требует строгого соблюдения чередования фаз трехфазного напряжения, поскольку компрессоры холодильных установок в силу своих конструктивных особенностей допускают вращение только в определенную сторону. Поэтому перед включением необходимо проверить чередование фаз. Если оно соответствует требуемому для обеспечения нужного направления вращения электродвигателя и вала компрессора, то подключение можно осуществлять. В противном случае сначала необходимо установить требуемый порядок чередования фаз. Кроме того, при обрыве любой из фаз трехфазный асинхронный электродвигатель перестает вращаться, а токи в двух оставшихся фазах резко возрастают, достигая значений токов короткого замыкания, что может привести к выходу из строя электродвигателя и токовых цепей.

Задачей изобретения является создание холодильной установки с приводом от двигателя переменного тока, свободной от перечисленных выше недостатков. Обеспечиваемым при этом техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик и повышение надежности холодильной установки вышеуказанного типа.

Этот технический результат достигается тем, что холодильная установка с приводом от электродвигателя переменного тока, содержащая блок включения, первый блок коммутации, первый управляющий вход которого соединен с выходом блока включения, а коммутирующие входы подключены к трехфазной сети переменного тока, трехфазный электродвигатель, фазные входы которого соединены с выходами первого блока коммутации, и компрессор, вал которого соединен с валом трехфазного электродвигателя, в соответствии с изобретением содержит второй, третий и четвертый блоки коммутации, блок определения чередования фаз и блок определения обрыва фазы, при этом первый управляющий вход второго блока коммутации подключен к выходу блока включения, коммутирующие входы первого блока коммутации соединены с одноименными коммутирующими входами второго блока коммутации соответственно попарно, один из выходов первого блока коммутации соединен с одноименным выходом второго блока коммутации, а два других выхода первого блока коммутации соединены с двумя другими выходами второго блока коммутации попарно перекрестно, фазные входы блока определения чередования фаз и блока определения обрыва фазы соединены с трехфазной сетью переменного тока, выход блока определения чередования фаз соединен с управляющим входом третьего блока коммутации, первый и второй коммутирующие входы которого соединены соответственно с вторыми управляющими входами первого и второго блоков коммутации, а выход третьего блока коммутации соединен с коммутирующим входом четвертого блока коммутации, управляющий вход которого соединен с выходом блока определения обрыва фазы.

Достижение технического результата обеспечивается всей совокупностью существенных признаков. При этом к признакам, отличающим изобретение от прототипа, относятся введение второго, третьего и четвертого блоков коммутации, блока определения чередования фаз и блока определения обрыва фазы, а также их соединения между собой и с другими элементами установки. Это позволяет обеспечить нормальную работу холодильной установки при произвольном порядке чередования фаз, не требуя предварительных операций проверок, контроля и переключений фаз, а также позволяет исключить отказы или сбои в работе установки в случае обрыва фазы за счет своевременного автоматического отключения установки. Все вышеперечисленное обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик, эффективности и надежности установки в целом.

Изобретение поясняется на примере его выполнения, иллюстрируемом чертежами, на которых показано следующее: фиг.1 функциональная схема холодильной установки, выполненной согласно изобретению; фиг.2, 3 примеры выполнения блока определения чередования фаз; фиг.4, 5 примеры выполнения блока определения обрыва фазы.

Холодильная установка содержит блок включения 1, выход которого подключен к первым управляющим входам первого 2 и второго 3 блоков коммутации. Первый, второй и третий коммутирующие входы первого блока коммутации 2 соединены попарно соответственно с первым, вторым и третьим коммутирующими входами второго блока коммутации 3 и подключены к фазам сети переменного тока 380 В, 50 Гц. Первый, второй и третий выходы первого блока коммутации 2 соединены соответственно с первым, вторым и третьим силовыми входами электродвигателя 4. Первый, второй и третий выходы второго блока коммутации 3 соединены соответственно с первым, третьим и вторым силовыми входами электродвигателя 4, вал которого соединен с валом компрессора 5.

Следует отметить, что указанное соединение выходов первого 2 и второго 3 блоков коммутации не является единственно возможным, а приведено лишь в качестве примера. Общее правило их соединения, согласно изобретению, состоит в том, что один из выходов первого блока коммутации 2 должен быть соединен с одноименным с ним выходом второго блока коммутации (как в данном случае: первый выход блока 2 с первым выходом блока 3), а два других выхода обоих блоков 2, 3 должны быть соединены между собой попарно перекрестно (например, второй выход блока 2 с третьим выходом блока 3, третий выход блока 2 с вторым выходом блока 3).

Второй управляющий вход первого блока коммутации 2 соединен с первым коммутирующим входом третьего блока коммутации 6. Второй управляющий вход второго блока коммутации 3 соединен с вторым коммутирующим входом третьего блока коммутации 6, выход которого соединен с коммутирующим входом четвертого блока коммутации 7.

Фазы сети переменного тока подключены к первому, второму и третьему фазным входам блока определения чередования фаз 8, выход которого соединен с управляющим входом третьего блока коммутации 6. Кроме того, фазы сети переменного тока подключены к первому, второму и третьему фазным входам блока определения обрыва фазы 9, выход которого подключен к управляющему входу четвертого блока коммутации 7, выход которого заземлен.

Холодильная установка работает следующим образом.

При подаче сигнала с блока включения 1 активизируются первые управляющие входы первого 2 и второго 3 блоков коммутации. Силовые напряжения 380 В, 50 Гц первой (А), второй (В) и третьей (С) фаз в произвольной последовательности поступают на коммутирующие входы первого 2 и второго 3 блоков коммутации, а также на первый, второй и третий входы соответственно блока определения чередования фаз 8 и блока определения обрыва фазы 9. Блок определения чередования фаз 8 определяет последовательность фаз силового напряжения и выдает управляющий сигнал на управляющий вход третьего блока коммутации 6.

Блок определения чередования фаз 8 может быть выполнен различным образом, например так, как показано на фиг.2, 3. Принцип действия блока определения чередования фаз, выполненного согласно фиг.2, основан на образовании различных фазных напряжений при емкостной нагрузке (С1) в одной фазе (А) и активной нагрузке (R1 R2 и R3) в двух других фазах (В, С). При правильном чередовании фаз существует вполне определенное соотношение между напряжениями в отдельных фазах, о чем сигнализирует свечение неоновой лампочки Л. Подавая такое напряжение на пороговый элемент (не показан), можно сформировать сигнал, используемый для управления силовыми коммутаторами фазных напряжений.

Принцип действия блока определения чередования фаз согласно второму варианту его выполнения (фиг.3) основан на управлении с помощью импульсов опорного напряжения, сформированных из одного из фазных напряжений с помощью компаратора 10 и формирователя опорного напряжения 11, ключевой схемой блока выборки и хранения 12. На сигнальный вход блока 12 с выхода компаратора 13 поступает сигнал, сформированный из напряжения другой фазы, а на выходе формируется логический сигнал одного из двух уровней, каждый из которых соответствует установленному ("правильному") и отличному от него ("неправильному") чередованию фаз.

Если чередование фаз в сети соответствует последовательности фаз для двигателя, то третий блок коммутации 6 осуществляет подключение второго управляющего входа первого блока коммутации 2, обеспечивая подключение электродвигателя 4 к сети "напрямую". Если чередование фаз в сети не соответствует последовательности фаз для двигателя 4, то третий блок коммутации 6 осуществляет подключение второго управляющего входа второго блока коммутации 3, обеспечивая при подключении электродвигателя переключение двух из трех фаз "крест-накрест" (т.е. меняя местами фазы в соответствующей паре фаз), в результате чего вновь обеспечивается соответствие последовательности фаз на электродвигателе 4 "правильному" чередованию фаз сети.

Таким образом, в обоих случаях, при определении как "правильного", так и "неправильного" чередования фаз блоком 8, вращение электродвигателя 4 всегда осуществляется в одну и ту же сторону.

Одновременно блок определения обрыва фазы 9 определяет наличие каждой из трех фаз и формирует управляющий сигнал в виде высокого или низкого логического уровня, например "1", при отсутствии обрыва и "0" при обрыве. Это может быть обеспечено при выполнении блока определения обрыва фазы 9 на логической микросхеме, как показано на фиг.4. Здесь диоды Д1 Д3 - выпрямители, конденсаторы С2 С4 фильтры. Работа такого устройства полностью определяется матрицей состояний, формируемых логической микросхемой Д4, реализующей по существу логику схемы И и формирующей сигнал высокого логического уровня "1" при целостности всех фаз А, В, С и низкого логического уровня "0" при обрыве любой из фаз А, В или С.

Работа блока определения обрыва фазы, выполненного согласно второму варианту (фиг.5) на операционном усилителе или на компараторе 14, основана на сложении выпрямленных и отфильтрованных значений сигналов (в выпрямителях на диодах Д5 Д7 и фильтрах на конденсаторах С5 С7 и резисторах R4 R6), пропорциональных фазным напряжениям, и сравнении суммы с порогом U_см. По результатам сравнения формируется вышеупомянутый логический сигнал высокого или низкого уровня.

В случае отсутствия обрыва фазы управляющий сигнал с блока 9 поступает на управляющий вход четвертого блока коммутации 7, который коммутирующими цепями замыкает коммутирующий выход третьего блока коммутации 6, обеспечивая таким образом общую цепь срабатывания первого 2 и второго 3 блоков коммутации.

Таким образом, при отсутствии обрыва фазы силового напряжения в зависимости от чередования его фаз срабатывает либо первый блок коммутации 2, либо второй блок коммутации 3, обеспечивая чередование фаз, соответствующее необходимому направлению вращения электродвигателя 4, вращающего вал компрессора 5 в нужную сторону.

В противном случае при наличии обрыва фазы блоком 9 будет сформирован управляющий логический сигнал низкого уровня, препятствующий замыканию коммутирующих цепей четвертого блока коммутации 7 и, в конечном счете, - подключению электродвигателя к фазам сети переменного тока.

Таким образом, выполнение холодильной установки согласно изобретению обеспечивает ее надежное функционирование, улучшение эксплуатационных характеристик за счет определения в автоматическом режиме целостности фаз силового напряжения и своевременного отключения электродвигателя при регистрации обрыва фазы. Кроме того, за счет определения в автоматическом режиме чередования фаз с помощью дополнительно введенных средств коммутации обеспечивает вращение электродвигателя в требуемом одном и том же направлении, независимо от реально имеющей место последовательности фаз.

Использование: в области холодильной техники, в частности в холодильных установках с асинхронным трехфазным электроприводом компрессора. Использование: холодильная установка содержит блок включения, подключенный к первым управляющим входам первого и второго блоков коммутации, коммутирующие входы которых подключены к трехфазной сети переменного тока, а выходы соединены с электродвигателем. Введены также третий и четвертый блоки коммутации, блок определения чередования фаз и блок определения обрыва фазы. Первый и второй коммутирующие входы третьего блока коммутации соединены со вторыми управляющими входами первого и второго блоков коммутации. Выходы блока определения чередования фаз и блока определения обрыва фазы подключены к управляющим входам соответственно третьего и четвертого блоков коммутации. 5 ил.

1 Холодильная установка с приводом от электродвигателя переменного тока, содержащая блок включения, первый блок коммутации, первый управляющий вход которого соединен с выходом блока включения, а коммутирующие входы подключены к трехфазной сети переменного тока, трехфазный электродвигатель, фазные входы которого соединены с выходами первого блока коммутации, и компрессор, вал которого соединен с валом трехфазного электродвигателя, отличающаяся тем, что она содержит второй, третий и четвертый блоки коммутации, блок определения чередования фаз и блок определения обрыва фазы, при этом первый управляющий вход второго блока коммутации подключен к выходу блока включения, коммутирующие входы первого блока коммутации соединены с одноименными коммутирующими входами второго блока коммутации соответственно попарно, один из выходов первого блока коммутации соединен с одноименным выходом второго блока коммутации, а два других выхода первого блока коммутации соединены с двумя другими выходами второго блока коммутации попарно перекрестно, фазные входы блока определения чередования фаз и блока определения обрыва фазы соединены с трехфазной сетью переменного тока, выход блока определения чередования фаз соединен с управляющим входом третьего блока коммутации, первый и второй коммутирующие входы которого соединены соответственно с вторыми управляющими входами первого и второго блоков коммутации, а выход третьего блока коммутации соединен с коммутирующим входом четвертого блока коммутации, управляющий вход которого соединен с выходом блока определения обрыва фазы.