Устройство для вывода холодильной машины на режим Советский патент 1992 года по МПК F25B49/00 

Pi/Z. 2

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к бытовым холодильникам, привод которых осуществляется асинхронными двигателями.

Известно устройство для вывода холо- дильной машины на режим, содержащее электродвигатель с пусковой и рабочей обмотками, конденсатор и пусковое реле, включенные параллельно между этими обмотками.

Основным недостатком является постоянное протекание тока через пусковую обмотку в рабочем режиме, что приводит к перегреву пусковой обмотки и потерям электрической энергии. Кроме того, для коммутации обмоток применяются контактные элементы, обладающие большими габаритами, потребляющие дополнительную электрическую энергию, и не обладающие высокой надежностью из-за воздействия внешней агрессивной среды: вибрации, повышенной влажности, жировых загрязнений и т.п.

Известно также устройство для вывода холодильной машины на режим, которое со- держит электродвигатель с пусковой и рабочей обмотками, конденсатор, пусковое реле и управляющее реле, соединенное последовательно с конденсатором,параллельно которым подключено пусковое реле, включенное между пусковой и рабочей обмотками.

В данном устройстве устранен основной недостаток предыдущего - пусковая обмотка в рабочем режиме отключается, что повышает экономичность, однако значительные потери происходят на обмотке пускового реле, которая включена последовательно с рабочей обмоткой. Мощность пускового реле для коммутации пус- ковой обмотки должна быть значительной, что приводит к большему падению напряжения на нем, снижая номинальное напряжение на рабочей обмотке, что неблагоприятно сказывается на эксплуата- ционных характеристиках (снижается КПД, увеличивается номинальный рабочий ток, что приводит к перегреву обмоток, и т.д.). Кроме того, низка надежность применяемых контактных элементов.

В устройстве также не предусмотрен орган, фиксирующий достижение моментом рабочей обмотки номинального значения, когда происходит отключение конденсатора управляющим реле.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для вывода холодильной машины на режим, которое содержит переключатель на два положения, с помощью которого подключается к сети

рабочая обмотка электродвигателя и пусковая через пусковой конденсатор и тиристор- но-диодный элемент, управляющий электрод тиристора подключен к сети через последовательную цепочку диода, резистора и электролитического конденсатора, шунтированного резистором.

Основные недостатки устройства: устройство не может надежно работать в широком диапазоне параметров коммутируемых обмоток электродвигателей, обладает низким КПД и создает значительные помехи; длительность пускового режима устройства определяется не реальными эксплуатационными условиями, изменяющимися в зависимости от нагрузки, а в значительной степени только параметрами схемы; устройство не является автоматическим, а при каждом пусковом цикле требует предварительного разряда конденсатора цепи управления с последующей коммутацией контактным переключателем; в данном устройстве положительная полуволна тока протекает через диод, а отрицательная - через тиристор ти- ристорно-диодного коммутационного элемента, таким образом, запирание диода будет происходить в момент приближения положительной полуволны пускового тока нулевому значению, а открывание тиристора необходимо производить в момент времени перехода пускового тока через ноль.

Кроме того, цепь управления тиристора (диод, резистор и электролитический конденсатор, шунтированный резистором) включена параллельно коммутируемой цепи (пусковая обмотка и пусковой конденса- тора, шунтированный регулируемым токоограничивающим элементом) и в соответствии с указанной полярностью диода протекание управляющего тока происходит в положительный полупериод питающего напряжения (рис.1,в). При протекании этого тока за определенный промежуток времени, определяемый емкостью электролитического конденсатора, происходит его заряд до амплитудного значения. В каждый полупериод после заряда емкости при Un Uc накопленный заряд на конденсаторе стремится поддержать выпрямленное напряжение. К диоду при этом прикладывается обратное напряжение, которое хотя и уменьшается вследствие разряда через управляющий электрод тиристора, ко задерживает открытие диода до момента, когда приложенное напряжение 1)п превзойдет оставшееся напряжение на конденсаторе. В момент времени t t2 диод 6 откроется и ток через него будет равен сумме токов управления тиристором и заряда конденсатора. Ток через диод 1д будет протекать только в

интервалы времени когда подзаряжается электролитический конденсатор.

Рассмотрим работу устройства при наличии индуктивноемкостной нагрузки (пусковая обмотка и пусковой конденсатор) в силовой цепи тиристора (рис.1,г).

При наличии открывающего потенциала на управляющем электроде тиристор находится в открытом состоянии в интервале времени протекания отрицательной полуволны тока через него, т,е. тока нагрузки от ti до t2. Однако, как следует из описания работы цепи управления, в момент перехода тока нагрузки через ноль (ti) отсутствуют условия для отпирания тиристора по цепи управления, так как предыдущий управляющий импульс закончился еще в момент протекания положительной полуволны тока нагрузки, а последующий импульс еще не сформировался. Только в интервале t2 - ta возникают условия для открывания тиристора по цепи управления, причем максимальным этот интервал будет при чисто индуктивной нагрузке (без пускового конденсатора) (рис.1,д). Но даже в этом случае не обеспечивается протекание тока нагрузки в течение всего отрицательного полупериода напряжения, как при положительной полуволне и наличии неуправляемого диода, что приводит к снижению вращающего момента.

Импульс на управляющий электрод тиристора подается в произвольный момент, что приводит к возникновению скачков тока в нагрузке и возникновению интенсивных помех в широком диапазоне от низкочастотных в цепях питания до радиопомех.

Таким образом, устройство не может надежно работать в широком диапазоне параметров электродвигателей, обладает низким КПД и создает помехи в сети.

Устройство имеет также фиксированное время пускового режима, которое определяется параметрами цепи управления и силовой схемы, и может применяться для двигателя с постоянной или слабо меняющейся нагрузкой. Однако, для холодильной машины, снабженной регулируемым термореле, характерно изменение режимов пуска. Изменяется интервал между пусками, состояние хладагента. Следовательно работа данного устройства не согласована с реальными эксплуатационными условиями и отключение пусковой цепи происходит самопроизвольно по фиксированному времени заряда конденсатора в цепи управления коммутирующего элемента.

Для повторного пуска необходимо переключателем осуществить разряд конденсатора в цепи управления, затем

переключателем подключить устройство к сети. Для холодильной машины с частыми пусками применение этого устройства при отсутствии обслуживающего персонала неприемлемо.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик и повышение надежности работы.

Для достижения этой цели последовательно с рабочей обмоткой включается измерительный шунт, мощность которого несоизмеримо мала по сравнению с мощностью пускового реле, так как измерительный шунт служит только для получения управляющего сигнала, а требуемая мощность для управления обмотками поступает-от блока питания. Возможно применение в качестве датчика тока трансформатора тока, практически не создающего падения напряжения

в цепи. Выбор шунта обусловлен экономически более низкой стоимостью, надежностью, меньшими габаритами. Технически же тем, что уровень сигнала управления на базе входного транзистора порогового органа

находится в пределах 0,7 - 1 В. Делитель на входе этого органа предназначен для бес- печения режима входного транзистора, поэтому, снимаемый с выхода измерительного шунта 4 сигнал незначительно выше сигнала на базе этого транзистора при соответствующем выборе параметров делителя.

Таким образом, падение напряжения на измерительном шунте 4 составляет менее 1% номинального напряжения электродвигателя, в то время как силовых реле с таким напряжением срабатывания не существует.

Отклонение напряжения для асинхронных электродвигателей нормируется

ГОСТ 13109-67 в пределах от-5 до+10%. В реальных условиях эксплуатации напряжение в сети, исходя из требований ГОСТа, поддерживается несколько выше номинального, и указанное падение напряжения на

измерительном шунте не может вызвать изменений режимов работы электродвигателя.

Таким образом, напряжение, приложенное к рабочей обмотке, близко к номинальному. В рабочем режиме элементы схемы управления находятся в закрытом состоянии и дополнительная мощность из се ти не потребляется, что также повышает экономичность устройства.

В известных устройствах пороговым органом, отключающим пусковую обмотку от сети для ее работы через конденсатор, являлись контактируемый элемент (пусковое реле) или бесконтактная цепь управления, при работе которой не учитывались реальные

эксплуатационные режимы холодильной машины. В предлагаемом устройстве при подаче напряжения в начальный момент времени сигнал с измерительного шунта поступает на вход порогового органа, сигнал с выхода которого поддерживает семистор в открытом состоянии. При этом пусковая обмотка оказывается подключенной к сети через конденсатор.

При достижении током номинального значения семистором по уменьшению сигнала порогового органа осуществляется отключение конденсатора, а, следовательно, и пусковой обмотки от питающей сети. Таким образом, в предлагаемом устройстве управление процессом отключения конденсатора осуществляется автоматически и в зависимости от эксплуатационного режима.

Все коммутации в силовых управляющих цепях выполняются бесконтактными элементами, но схема состоит из большого числа элементов. Однако интенсивность отказов в нормальных условиях у бесконтактных элементов в 20 - 200 раз меньше, чем у контактных. Так как бесконтактные элементы некритичны к вибрации, загрязнениям и т.д., что свойственно холодильной технике, то надежность работы этих элементов еще выше. Значительно меньше и габариты отдельных элементов и всего устройства в целом, и также значительно меньше потребляемая мощность как в пусковом, так и в рабочем режиме.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - графические зависимости напряжения от времени.

Устройство содержит электродвигатель с рабочей 1 и пусковой 2 обмотками, первые выводы которых подключены к первому из выводов питающей сети 3, измерительный шунт 4, блок 5 управления, семистор 6 и конденсатор 7, причем второй вывод рабочей обмотки 1 через измерительный шунт 4, а второй вывод пусковой обмотки 2 через конденсатор 7 и семистор 6 подключены к второму выводу питающей сети, параллельно измерительному шунту 4 подключен первый вход блока 5 управления, второй вход которого подключен к первому выводу питающей сети 3, а третий вход - параллельно силовой цепи семистора 6, а выход этого блока подключен к управляющему электроду второго семистора. Блок 5 управления содержит соединенные параллельно пороговый орган 8, блок 9 питания, нуль-орган 10 и формирователь 11 коротких импульсов, причем вход порогового органа 8 подключен соответственно к первому входу, второй вход нуль-органа 10 - к третьему входу этого блока 5 управления, к выходу которого подключен выход формирователя 11 коротких импульсов.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания через рабочую обмотку 1 электродвигателя начинает протекать пусковой ток, вызывающий падение напряжения на измерительном шунте 4, превышающее пороговое значение напряжений порогового органа 8 с временной задержкой блока 5 управления. Входной транзистор этого порогового органа 8, открываясь, шунтирует цепь заряда времяза- дающего конденсатора и поддерживает

выходной ключ этого порогового органа в закрытом состоянии. Тем самым он не шунтирует блок 9 питания и обеспечивает появление напряжения питания для нуль-органа

10и формирователя 11 коротких импуль- сов.

Входным напряжением нуль-органа 12 является сигнал, снимаемый с перехода анод-катод семистора 6. Поэтому, в каждый момент времени полупериода, когда напряжение и ток силовой цепи этого семистора переходит через ноль (что соответствует моменту вынужденного закрывания семистора по силовой цепи), выходной сигнал нуль-органа 10 изменяет свое состояние (из высокого состояния в низкое и наоборот).

Эти фронты импульсов дифференцируются, а затем усиливаются формирователем

11коротких импульсов и подаются на управляющие электроды семистора 6. Импульсы

на управляющем электроде открывают семистор в момент перехода тока нагрузки через ноль, что не создает скачков в ней и является наиболее оптимальным с точки зрения отсутствия радиопомех и повышения КПД устройства.

Таким образом, в начальный момент действия значительного по величине пускового тока через рабочую обмотку 1 электродвигателя семистор 6 открыт. Поэтому в

этом интервале времени, кроме рабочей обмотки 1, напряжение питающей сети 3 через открытый семистор 6 подается на конденсатор 7 и обмотку 2 электродвигателя.

Когда режим работы электродвигателя

приближается к установившемуся, и рабочий ток через рабочую обмотку 1 равен но- минальному значению, снизится до соответствующей величины падение напряжения на измерительном шунте 4, и оно станет ниже порога срабатывания блока 5 управления семистора 6. В результате этого не вырабатываются отпирающие импульсы на управляющие электроды семистора 6 и он закроется. С этого момента времени ток

через конденсатор 7 и пусковую обмотку 2 протекать не будет.

Таким образом, устройство позволяет автоматически управлять выводом холодильной машины на режим, обеспечивая при этом надежную и экономичную работу цепей управления как в пусковом, так и рабочем режимах.

Формула изобретения 1. Устройство для вывода холодильной машины на режим, содержащее электродвигатель с рабочей и пусковой обмотками, первые выводы которых подключены к первому выводу питающей сети, и конденсатор, один из выводов которого подключен к вто- рому выводу пусковой обмотки, отличающееся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик и повышения надежности его работы, дополнительно введены измерительный шунт, блок управ- ления и семистор, причем второй вывод рабочей обмотки через измерительный шунт, а второй вывод конденсатора через семистор подключены к второму выводу питающей сети, параллельно измерительному шунту подключен первый вход блока управления, второй вход которого подключен к первому выводу питающей сети, третий вход - параллельно силовой цепи семисто- ра, а выход - к управляющему электроду этого семистора.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что блок управления содержит пороговый орган, блок питания, нуль-орган и формирователь коротких импульсов, соединенных параллельно, а вход порогового органа подключен соответственно к первому входу, второй вход блока питания - к второму входу, второй вход нуль-органа - к третьему входу блока управления, к выходу которого подключен выход формирователя коротких импульсов.

Использование: изобретение относится к холодильной технике, а именно к бытовым холодильникам, привод которых осуществляется асинхронными двигателями. Сущность изобретения: улучшение эксплуатационных характеристик и повышение надежности его работы. Для достижения этого последовательно с рабочей обмоткой включается измерительный шунт 4, мощность которого несоизмеримо мала по сравнению с мощностью используемых обычно пусковых реле, т.к. измерительный шунт 4 служит только для получения управляющего сигнала. При этом напряжение, приложенное к рабочей обмотке 1, близко к номинальному. При подаче напряжения в начальный момент времени сигнал с измерительного шунта 4 поступает на вход блока 5 управления, сигнал с выхода которого поддерживает семистор 6 в открытом состоянии. При этом пусковая обмотка 2 подключается к питающей сети 3 через конденсатор 7. При этом пусковая обмотка 2 подключается к питающей сети 3 через конденсатор 7 По мере уменьшения пускового тока и выхода асинхронного двигателя на режим отключается блок 5 управления, отключая пусковую обмотку 2 от сети. В рабочем режиме элементы схемы управления находятся в закрытом состоянии и дополнительная мощность из сети не потребляется что также повышает экономичность устройства. 1 з.п.ф-лы, 2 ил со С

Фиг 1