專利名稱：用于制冷系統的控制電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及制冷系統的控制電路，其具體用于制冷器和電冰箱中，用來在所述制冷系統中控制其基本的操作功能，并保護電機免遭過熱引起的破壞。
在已知的制冷系統中，密封的壓縮機的操作是借助于通過機電控制裝置來驅動單相感應電動機來獲得的。在這些系統中，壓縮機的操作和停止時間隨溫度的變化而限定，該溫度由位于其中應用所述制冷系統的制冷器或電冰箱的每個制冷室內的合適的傳感器來檢測。只要所述制冷室內的溫度處在預定的范圍之內時，壓縮機停止運行。這些系統也配備有用于密封壓縮機的起動和熱保護裝置，通常由機電裝置構成，這是由于它們簡單且耐用。
現在使用的系統的一個缺點與使用在所述密封壓縮機內的并且功能重復的不同的電的以及機電的裝置的數量有關，這些裝置還需要單獨地連接和校準。因為這些裝置具有可動觸點，它們還產生噪聲和電磁干擾。
現有系統中的另一個缺點是對電源電壓的改變不敏感，這主要妨礙熱保護功能，更為嚴重的是使電機的絕緣材料過載，并且在極端的電壓條件下會使所述電機完全損壞。此外，為了執行不同于上述的其它功能，所述制冷系統需要使用增加輔助設備，這意味著需要大量的元件和電氣連接，因而增加了裝配成本，以及在所述接頭和元件中容易發生故障。
因此，本發明的一個目的在于提供一種用于制冷系統的控制電路，其可以起動所述電機并保護所述電機和所述系統的其它元件免除由于在壓縮機每一運行期間內的過熱而損壞。
本發明的第二個目的在于提供一種如上所述的控制電路，其確定所述壓縮機的起動以及每一運行期間的間隔，以便在各預定的所需的各操作值的范圍內，保持壓縮機及制冷室內部的溫度。
本發明的第三個目的在于提供一種如上所述的控制電路，其還可以控制制冷系統的其它操作功能。
本發明的第四個目的在于，提供一種具有上述類型的電子系統的制冷系統，例如制冷器和電冰箱，它體積小，且不產生噪聲和電磁干擾。
本發明的第五個目的在于，提供一種上述的電路，其在電源電壓改變的情況下避免誤動作。
這些目的是通過一種用于所述類型制冷系統的控制電路來實現的，所述制冷系統包括，一個密封壓縮機的電動機，該電機有一主繞組和一輔助起動繞組，所述電路包括一個第一溫度傳感器，其在操作上設置于制冷室的內部，以便不斷地檢查制冷室內部的溫度;一個第二溫度傳感器，其在操作上設置于靠近壓縮機殼體處，以便不斷地檢測壓縮機殼體的溫度;一個電流傳感器，其在操作上與饋送給壓縮機的電路相串聯，以便不斷地檢測供給電機的電流;還包括一個第一可操作的電子驅動開關，在壓縮機操作的閉合操作條件下，選擇性地使電源和電機的主繞組相接通，而在斷開的操作條件下中斷所述的接通;一個第二可操作的電子驅動開關，其在壓縮機起動的閉合操作條件下，選擇性地把電源和電機的起動繞組相接通，而在斷開的操作條件下中斷所述的接通，所述斷開的操作條件是在第二電子驅動開關閉合一預定的時間間隔之后自動地獲得的;一個中央處理單元，其由所述電源供電，并在操作上與第一、第二驅動開關相連接，以便隨著諸傳感器所檢測得的溫度和電流操作條件的變化，控制所述第一、第二驅動開關的操作，當被第一溫度傳感器檢測到的制冷室內部的溫度達到一預定溫度范圍的最大值時，所述中央處理單元指令第一和第二驅動開關都閉合，當所檢測到的溫度等于所述溫度范圍的最小值時，則指令打開第一驅動開關;當被第二溫度傳感器所檢測到的壓縮機殼體的平均溫度低于最大的預定運行值時，所述中央處理單元使第一和第二驅動開關均閉合，而當所述平均溫度超過所述最大值時，即使制冷室內部溫度高于最小的需要值，也使第一驅動開關打開;當由電機吸收的平均電流強度，即所述電流是被電機吸取的并被電流傳感器所檢測，而且在一預定時間間隔內由所述中央處理單元累積的電流值，超過一最大預定操作值時，即使電機的溫度處在其可接受的運行范圍之內且制冷室內的溫度大于最小的需要值，所述中央處理單元也指令至少打開所述驅動開關中的第一開關。
下面參照
本發明，其中圖1示意地表示現有技術的用于具有熱保護的制冷系統中的操作電路;
圖2是根據本發明的用于制冷系統操作的系統方框圖;
圖3示意地表示根據本發明的具有熱保護的制冷系統的操作電路;以及圖4表示為了起動和運行使用外部阻抗的電動機的實施例。
按照上述的附圖，壓縮機的電動機被電源F起動，電源F向電機10的主繞組11和起動繞組12提供為操作所述電機10所需的交流電流。在所述制冷系統的電路中包括，與壓縮機的電機10相關的熱保護裝置，只要其檢測到所述電機10的溫度增加或所述電機10的供電電路中的總電流強度“It”改變時，切斷電源F加到電機10上的電壓。
壓縮機的熱特性就是主要由其線圈代表的熱原的熱特性。在持續的運行條件下，線圈內的溫度直接與殼體的溫度成比例。這種比例性使得用來保護壓縮機的電機10的熱監測中，使用已知的殼體溫度就足夠了。然而，在電流瞬變值期間，例如在壓縮機起動以及在起動失敗及工作運行期間的過載情況下，所述直接的比例性就不存在了，這是因為在電機10的線圈和壓縮機殼體之間的熱傳遞比所述線圈的熱積累要慢得多。在這種情況下，電機10的熱保護應當借助于檢測電流強度來實現，因為在這種瞬變情況下，線圈的溫度隨電流強度的平方而改變。
由于在電機10中發生的破壞起因于電流逐漸的增加，以及因此引起的所述電機10的線圈溫度的增加，因而在所述電機10的供電電路中設置熱保護裝置，以便當在所述電機10中的電流或溫度發生某種強度的改變時，用來檢測和致動。
按照已知的技術，制冷系統包括一個電路，其包括第一、第二機電驅動開關21、22和電機起動開關23，它們有選擇地和自動地實現電源F和壓縮機的電機10之間的連通。在此電路中，第一機電驅動開關21是一熱動開關，而第二機電驅動開關22是一熱保護器件。在這種結構中，第一機電驅動開關21，借助于一溫度傳感器的作用，在閉合操作條件和斷開操作條件之間是可操作的;閉合操作條件允許電流通過電機10，而斷開操作條件則避免電流通過電機10，該溫度傳感器包括一安裝在制冷室內部的定溫器，每當該傳感器檢測到制冷室內部的溫度分別對應于一溫度范圍內的最大和最小溫度值時就分別實行上述操作，所述溫度范圍是預先確定的并且是其中采用所述制冷系統的制冷器或電冰箱的操作所需要的溫度范圍。
當制冷室內部溫度達到所述溫度范圍的最大值時，第一驅動開關21閉合，借以允許總電流“It”到達電機時的主繞組11和起動繞組12，該全電流“It”等于激勵電流“Ie”和壓縮機的起動電流“Ip”這些分電流之和。第二驅動開關22也被閉合，從而使起動繞組12被加上起動電流Ip，借以起動壓縮機并維持其運轉，直到制冷室內部的溫度達到上述溫度范圍的最小值為止。在這種情況下，溫度傳感器打開第一驅動開關21，從而切斷加到主繞組11和起動開關23上的電壓，也就是切斷加到電機10上的電壓。
在壓縮機起動期間，到達電機10的總電流It的一部分被導向到起動開關23所在之處，而起動開關23此時處于閉合操作條件下，因而使電流通過起動繞組12。
起動開關23只在足以允許壓縮機把操作起動的時間間隔(＜1秒)期間保持閉合，然后打開，并保持打開狀態，直到制冷室內部的溫度傳感器使第一驅動開關21和起動開關23都閉合為止。
第二驅動開關22被設置于壓縮機殼體之外，用來每當至少在第一驅動開關21閉合，即壓縮機工作時的時間間隔期間，壓縮機殼體內預先確定的被測溫度條件或電流條件出現時，切斷流過電機10的電路的電流循環。
按照這種結構，第二驅動開關22由一個第二溫度傳感器和一個電流傳感器的動作來控制，該第二溫度傳感器位于鄰近壓縮機殼體外部的第二溫度傳感器控制，以便檢測在所述殼體中的溫度變化，其代表電機10的溫度變化，該第二驅動開關22還由該電流傳感器檢測電機10的電源電路中的電流過載。
這一溫度傳感器(圖中沒有被示出)包括雙金屬片，靠近壓縮機殼體與一壓縮機電流流經的電阻相鄰。通過所述電阻的過量的電流使雙金屬片改變，從而打開第二驅動開關22進而切斷電路中的電流。
在這種結構中，當所述的第一、第二驅動開關21、22以及起動開關23閉合時，出現電機10的起動，所述的狀態持續一段足以使電機被加速到其正常運行狀態的時間(＜1秒)，然后起動開關23打開，保持這一狀態，直到第一驅動開關21在已閉合一預定的壓縮機工作時間間隔之后再次閉合。如果，在第一驅動開關21閉合的期間內，電機的溫度或被電機吸取的電流遭受改變，第二驅動開關22則打開，從而切斷通過該電路的電流，直到制冷系統的運行所需的條件恢復為止。即使經一驅動開關21是閉合的，所述第二驅動開關22也要保持打開。
雖然這一系統能保護壓縮機免遭過熱而損壞，但是所述保護是不能令人滿意的，而且還存在前面提到的操作元件重復、噪聲等等的不便之處。
按照本發明，如圖2-4所示，所述制冷系統在電源F和壓縮機電機10之間引入有第一、第二機電驅動開關40、50，它們最好是三端雙向可控硅開關類型的，并且能實現所述電源F分別與壓縮機的電機10的主繞組11和起動繞組12之間的選擇性電氣連接，所述開關由一中央處理單元(CPU)30所控制，后者由電源F饋電并且在操作上與所述驅動開關40、50相通信。
控制電路還包括一個溫度和電流傳感器60，其包括多個傳感器，這在下面將作說明，它們把制冷系統的操作條件通知給CPU，從而確定第一、第二驅動開關40、50中的每一個的操作狀態是否要改變。
在這種結構中，CPU30和第一溫度傳感器61交換信息，所述傳感器61監測與本制冷系統相關的制冷室的內部溫度，并且通知CPU30所檢測到的溫度是否處在按照需要事先確定的范圍之內。
除第一溫度傳感器61之外，CPU30還與一個第二溫度傳感器62相通信，所述傳感器62通知CPU30與所述壓縮機的電機10的溫度相對應的壓縮機殼體的外部溫度。
雖然監測制冷室的內部溫度的第一溫度傳感器61安裝在制冷器的一個隔離的內壁部份上，但由所述第一溫度傳感器61檢測到的溫度還代表了所述制冷室所處的室溫的影響成分。為了補償由于室溫影響而產生的制冷室內所述溫度波動，本系統包括一個第三溫度傳感器63，其位于制冷室的外部，用來監測所述制冷室所處的室溫，并將此值通知CPU30。由第三溫度傳感器63檢測到的正的溫度變化將被所述CPU30用來校正制冷室的內部溫度。CPU30然后分析這一被校正的值，從而確定是否需要起動壓縮機。
與CPU30相連的另一個傳感器是電流傳感器64，它通知所述CPU由電機10吸取的電流是否出現與供電電路的總電流有關的任何變化。所述CPU30仍然分析電機溫度的變化和供給電機電流的變化，根據由所述CPU30收到的由所述第二溫度傳感器62和電流傳感器64發出的信息，把上述變化按時間求積分，因為這種變化為瞬時發生而不重復時，并不足以損壞整個壓縮機。
為了使壓縮機工作，必須為其提供典型地為其設計額定電壓值(100%)的90%到110%范圍內的電壓。低于此電壓范圍的最小極限時，操作可能以欠缺方式而獲得。這是由于，壓縮機在起動操作時可能不能支持其所帶的負荷。高于運行電壓范圍的上限時，就會增加電力損耗，因而增高電機10的溫度。一般說來，電機10在高于或低于為壓縮機所規定的運行電壓范圍極限運行時，會降低電機10的熱保護的質量。為了監視所述的電壓變化，本發明的系統還包括一個電壓傳感器65，它不斷地通知CPU30該系統的運行電壓。
當電壓傳感器65檢測到電壓改變時，CPU30對所述信息進行分析，以便對內部參數進行補償，CPU30分析有關由電機所吸取的電流和有關殼體溫度的信息，借以確保壓縮機具有有效的熱保護并且安全運行。如果出現電壓變化大于或小于為壓縮機運行所而定的理想值的情況，電壓傳感器65就把在系統中檢測到的電壓值通知給CPU30，CPU30就指令打開第一、第二驅動開關40、50，直至檢測到正常電壓條件為止，以便避免由瞬變值引起的線圈發熱。如果在壓縮機不工作的時間間隔內檢測到這一電壓狀態偏離了事先通知給CPU30的特性時，CPU30將指令第一、第二驅動開關40、50保持打開，直到系統的理想工作條件被重新設置為止。即使是第一溫度傳感器61正在通知CPU30制冷室內部溫度處在其上限時，也是如此。當所述電壓高于事先確定的壓縮機運行電壓的極限時，這意味著壓縮機殼體的溫度已經增加，第二溫度傳感器62將被起動，從而打開所述第一、第二驅動開關40、50，直到重新建立起壓縮機工作的安全運行條件為止。
根據對傳感器60收到的信息的估算，所述CPU30按照事先其被通知的檢測優選權準則，確定在第一、第二驅動開關40、50上應執行哪種操作。
按照這一準則，在正常電壓情況下，如果檢測到制冷室內部溫度等于制冷室要求的最大溫度時，第一溫度傳感器61將這一事實通知給CPU30，其命令閉合第一、第二開關40、50，借以使電機10的主繞組11上流過激勵電流Ie，所述電機10的起動繞組12上流過起動電流Ip，從而起動壓縮機。
在一段足以使電機10到達一正常操作狀態的第一、第二驅動開關40、50的閉合的預定時間間隔之后，切斷電源F至輔助起動繞組12的通信，而保持這一狀態直到CPU30命令所述開關40、50的一個新閉合為止。
當第一開關40接到第一溫度傳感器61有關制冷室內部溫度已達到最小溫度范圍的通知時，該第一開關40將被來自CPU30的指令所打開。
不過，只有當第二溫度傳感器62結合被電流傳感器63先前收到的信息一起，檢測到一個可接受的壓縮機運行條件時，才發出由第一傳感器61起動的使所述第一、第二驅動開關40、50閉合的指令。這一操作條件意味著壓縮機殼體的平均溫度低于最大允許的和先前建立的限值。如果第二溫度傳感器62檢測到電機10的相應溫度等于或高于可接受的工作溫度范圍，所述第一和第二驅動開關40、50將保持打開，而不依賴于CPU30所收到的任何其它信息。如果壓縮機在工作，CPU30則命令中斷壓縮機操作的第一驅動開關40打開。
以類似的方式，若檢測到由電機吸取的平均電流或電壓不在理想的預建立操作范圍之內，即使制冷室的溫度條件要求壓縮機工作且壓縮機殼體的溫度條件允許所述壓縮機工作，該第一和第二驅動開關40、50也保持打開。如果在壓縮機起作用期間應當出現電流或電壓不在對應的理想操作范圍間隔之內的狀態，即使制冷室內部溫度高于其理想溫度范圍最低限值，CPU30也打開第一驅動開關40。
按照圖4的說明，在其元件當中，本系統可以有外部阻抗，其中一個設置在和主線圈11的繞組相連的點和與起動繞組12的繞組相連的點之間，而另一個阻抗放置在第二驅動開關50和與所述起動線圈12的繞組相連的點之間，如巴西專利申請PI8906225中那樣。
權利要求
1.一種用于制冷系統的控制電路，所述的制冷系統包括一個密封壓縮機的電機(10)，所述電機有一主繞組(11)和一起動副繞組(12)，所述電路包括第一溫度傳感器(61)，其在操作上位于制冷室的內部，用來持續地檢測制冷室內部的溫度；第二溫度傳感器(62)，其在操作上位于靠近壓縮機殼體處，用來持續地檢測壓縮機殼體的溫度；一個電流傳感器，其在操作上與饋給所述壓縮機的電路相串連，用來持續地檢測被電機(10)吸取的電流，其特征在于進一步包括一個第一可操作的電子驅動開關(40)，其在所述壓縮機工作的閉合操作狀態下有選擇地把電源(F)和電機(10)的主繞組(11)相連接，而在處于打開的操作狀態下，切斷所述的連接；一個第二可操作的電子驅動開關(50)，其在所述壓縮機起動的閉合操作狀態下有選擇地把電源(F)和電機(10)的起動繞組(12)相連接，而在打開的操作狀態下則切斷所述的連接；所述打開操作條件是在所述第二可操作的電子驅動開關(50)閉合一確定的時間間隔之后自動獲得的；一個中央處理單元(30)，其由電源(F)供電并在操作上與所述第一及第二驅動開關(40，50)相連，以便控制所述第一及第二驅動開關的操作；所述中央處理單元(30)根據由所述傳感器檢測到的溫度和電流操作條件的變化，進行上述控制，當被第一溫度傳感器(61)檢測的制冷室內的溫度達到一預定溫度范圍的最大值時，所述中央處理單元(30)指令所述第一及第二驅動開關(40，50)均閉合，當檢測的溫度等于所述溫度范圍的最小值時，則指令打開第一驅動開關(40)；當被第二溫度傳感器(62)檢測的壓縮機殼體的平均溫度低于最大的預定操作值時，所述中央處理單元(30)指令第一及第二驅動開關(40，50)都閉合，并且當所述平均溫度超過所述最大值時，即使制冷室內的溫度高于最大的需要值，也使第一驅動開關(40)打開，當被電機吸取的平均電流強度超過最大的預運行值時，即使電機(10)的溫度處在其可接受的操作范圍之內并且制冷室內的溫度高于最小的希望值，所述中央處理單元(30)也指令驅動開關(40，50)中的至少第一個(40)打開，所述的電流是被電機(10)吸取的、被電流傳感器(63)所檢測到、并由所述中央處理單元(30)在一個確定的時間間隔內積分的電流。
2.如權利要求1的控制電路，其特征在于，它還包括一個第三溫度傳感器(63)，其在操作上設置于制冷室的外部，以便持續地把制冷室的外部溫度的改變通知中央處理單元(30)，所述溫度的改變被所述中央處理單元(30)用來在指令第一及第二驅動開關(40，50)閉合與打開之前校正制冷室的內部溫度。
3.如權利要求2的控制電路，其特征在于，它包括一個電壓傳感器(64)，其在操作上與所述中央處理單元(30)相連，從而持續地把電網中電壓的變化通知給所述中央處理單元(30)，使得所述中央處理單元(30)發出指令，校正由第二溫度傳感器(62)和被電機(10)吸取的電流的電流傳感器(63)所提供的信息的內部分析參數。
全文摘要
制冷系統的控制電路，包括第一及第二溫度傳感器(61，62)和用于電機電流的電流傳感器(63)，以及一個中央處理單元(30)。當第一溫度傳感器(61)檢測到制冷室內部的溫度對應于設計溫度范圍的最大值時，并且電機(10)的溫度和被電機(10)吸收的電流處于其各自的希望值之內時，該CPU(30)發出指令至少選擇性地使第一及第二驅動開關(40，50)閉合，第一及第二驅動開關(40，50)分別與電機(10)的主繞組(11)和起動繞組(12)相連。
文檔編號H02H7/08GK1098778SQ94104969
公開日1995年2月15日 申請日期1994年4月14日 優先權日1993年4月14日
發明者馬科斯·吉爾赫梅·施瓦茨 申請人:巴西船用壓縮機有限公司