壓縮機控制電路的製作方法

2023-09-17 16:16:25 2

專利名稱：壓縮機控制電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及提供一種壓縮機控制電路，特別涉及提供一種採用無刷直流電動機的控制電路。
一般來說，通常無刷直流電動機有許多優點，與直流電動機一樣，它有較好的控制特性，且降低噪音和電力消耗也很明顯。因此，現在有一個趨勢，即在家用電器中採用無刷直流電動機，然而，直到現在，由於成本和控制技術方面的原因，其應用仍然落後。不能滿足用戶的要求。幾乎所有的家用電器都採用交流電動機。例如，一臺用於冰箱壓縮機的交流感應電動機在使用頻率為50到60HZ的電源時，通常為兩極電動機，它的同步速度固定在3500rpm左右。因而，室內的溫度調節在一臺壓縮機的工作重複進行接通和斷開的通斷間隔時間內由一個檢測冷凍室內的溫度的傳感器來完成。
但是，這種工作方式引起冰箱溫度有一脈衝(脈動)(1-4℃)。它縮短了保持冰箱食物例如蔬菜、水果等新鮮的儲藏時間。伴隨著感應電動機的通斷工作，每當以非工作條件轉移到起動工作條件時，衝擊電流相當大，由此要求大量的能量消耗。此時，線圈電流強度超過正常工作時的1到10倍。這就引起了轉子和定子之間的感應振動和電磁噪音的增長。更進一步，當這種工作噪聲在與壓縮機的機械固有振動頻率產生共振的帶寬內時它將被放大。感應電動機具有較大的感應損失。它會使線圈熱量比直流電動機要高，由此增加了壓縮機的內部溫度，從而降低了工作效率容易使壓縮機的物質蛻化變質。
由於交流感應電動機的這種特性，使得壓縮機有這些缺點，即很難以一連續的可變速度工作，工作效率相當低，電磁噪音很大，且按照負載的波動的最佳工作範圍相當狹小。類似地，用於空調的壓縮機也有同樣的問題。
採用同樣壓縮機的冰箱在符合環境溫度和冷凍室溫度的設定時有較大的負載波動，最大可超過100%。這就要求按照負載波動比率在最佳的工作效率下運行。
本發明的一個目的是提供一種包括一臺無刷直流電動機的壓縮機控制電路。該控制電路可使壓縮機按照負載波動其工作速度的控制達到一沒有間歇通斷工作的理想的連續工作狀態。
本發明的其它目的是提供一種包括一臺高效率和低噪音的無刷直流電動機的壓縮機控制電路，它還進一步包括一可改變無刷電動機的工作速度的控制裝置和一可使無刷電動機的工作輸入取決於負載波動並達到最佳狀態從而大大減少能量消耗的工作控制電路。
為了實現上述目的和特徵，根據本發明，一用於電冰箱的壓縮機控制電路包括一含有無刷直流電動機的壓縮機、一將交流電源與驅動無刷直流電動機的直流電源分隔開的電路、用來改變無刷直流電動機的工作速度以響應冷凍室的溫度的兩相控制電路、用來選擇相應於負載條件的電源電壓的電壓調節開關電路、一可按照冷凍室內的負載傳感器的通斷使無刷直流電動機的通斷工作連續的工作控制電路以及一在壓縮機過載或咬煞狀態下能使無刷直流電動機停止工作且切斷電源的保護電路。
下面將參照附圖，對本發明作詳細描述。


圖1是根據本發明的用於一冰箱的工作控制電路的一個實施例的電路示意圖;
圖2描述圖1的一部分，無刷直流電動機的控制電路的示意圖;
圖3是按照冷凍室內蒸發器溫度的無刷直流電動機的速度控制範圍的示意圖;
圖4是按照不同的無刷直流電動機工作速度下蒸發器冷凝速度的示意圖;
圖5是按照無刷直流電動機的連續工作控制下蒸發器溫度變化的示意圖;以及圖6是在一工作速度按照間歇性工作控制蒸發器溫度變化時間與無刷直流電動機工作速率之間的關係的示意圖。
圖1是根據本發明的一臺無刷直流電動機用於一冰箱的工作控制電路的一個實施例的電路示意圖。該冰箱是以一包括一冷凍室和製冷室的標準雙門型冰箱為例的，該冰箱需要一使除霜加熱器、風扇電動機和一室燈以及一包括一電動機從而使製冷劑壓縮的壓縮機工作的交流電源，但是，適用於本發明的冰箱包括一用於應用直流電源的無刷直流電動機的壓縮機的控制電路。
一交流電源插頭1與一可選擇市用電壓110V和220V中任一種電壓的功率選擇開關2相連，每一電源通路在圖中由虛線和實線表示。功率選擇開關2提供一電源電壓給電源變壓器25的初級線圈。
電源變壓器25有一初級線圈和一次級線圈，上述初級線圈設有用於選擇110V和220V電源的輸入抽頭，上述次級線圈包括三抽頭型，例如，14V，28V，38V的全波線圈。電源變壓器的初級線圈與除霜加熱器7和8，一除霜計時器5，一風扇電動機9以及一室燈11並聯相連。在次級線圈，14V的電源通過二極體27和28以全波形式整流以作為一控制邏輯電路的電源VL，28V和38V的電源通過一叫做雙擲型(double break，double make type)的電壓調節選擇開關23與一全波整流電路22相連，整流電源VW用來驅動壓縮機的無刷直流電動機15。這裡，必須注意的是，這些構成直流電源的部分使用線性變壓器將初級線圈的電源與次級線圈的電源分隔開來，並且，電壓調節和整流是可靠的和不昂貴的，以及克服了由於使用對於PWM即脈衝寬度調製的高頻開關裝置(SMPS)而帶來的噪聲。
一壓縮機通過一製冷劑流動器與一蒸發器和一冷凝器34相連。
用來驅動壓縮機的無刷直流電動機15的兩相控制電路14包括一可採用與該應用相同的美國專利局授予發明人Mr.Yeong C.Chung的美國專利No.4，472，564及4，584，505的兩相控制電路。
參照圖2，兩相控制電路14最好設有一兩相邏輯控制電路29、一用於檢測轉子速度的比較電路30、一由一利用恆溫器或熱開關3(見圖1)的通斷工作的接頭H1和H2同步的通斷工作控制電路31、根據冷凍室33的溫度檢測對無刷電動機的速度進行控制的溫度傳感器19和20、溫度調節可變電阻18和21以及包括許多驅動無刷電動機15的功率電晶體的交流轉換放大電路28。
兩相控制電路29利用一位置傳感器17產生驅動無刷電動機15的兩相信號，它的詳細描述可省略，這是因為它的技術內容已由美國專利4，584，505所公開。另外，用於一電冰箱的二相邏輯控制電路29包括可用於控制無刷電動機的工作速度的可變電阻18和20以及設置在冷凍室33內或在一蒸發器上與可變電阻18和20分別並聯的熱敏電阻19和20。這樣，壓縮機被驅動工作，它以一增大或減小與在起動工作或正常工作時的檢測溫度和室溫之差值成比例的工作速度工作。可變電阻18和20可調節工作速度的增長比率、減小比率。而且，這些電阻能用來設定最大速度和最小速度。
交流轉換放大電路28以兩相邏輯控制信號的形式輸出兩相直流電壓VM和-VM給設置在壓縮機內的無刷直流電動機15。
無刷直流電動機15包括兩圈線圈16和用來檢測轉子位置的位置傳感器17。這些線圈和傳感器線通過設置在壓縮機上的五個插頭與兩相邏輯控制電路29的三個輸出接頭和交流轉換放大電路28的兩個輸入接頭相連。這裡，必須注意的是，四個電晶體被用來作為兩相雙極開關，但是一般的單相電源要求一8個橋式電晶體的工作電路。用於本發明的封閉式壓縮機僅需要包括三個用於提供驅動電流的接頭和兩個用於傳感器信號的接頭的五個外接電連接接頭，但是一般的壓縮機在兩相的情況下至少需要8個接頭。而在三相的情況下，則超過七個接頭。特別，外接電連接端的數量對一在臨界技術限制下的壓縮機相對於內部壓力保持真空密封非常重要。
一過載保護電路30最好採用常用的頻率比較電路。位置傳感器7檢測一轉子的N極和S極以確定N極和S極的轉移頻率。這樣，假定無刷直流電動機15工作所需的參考頻率已經設定，並且N極和S極的轉換頻率低於該參考頻率，那麼過載保護電路30輸出高電平信號「H」去驅動一「或」門32以便減小兩相邏輯控制電路29的輸出。兩相邏輯控制電路29的減小狀態引起了交流轉換放大電路28斷開，由此切斷無刷直流電動機15的驅動電流並保護它。通過工作控制電路31在熱開關3、除霜加熱器7和8以及計時器5工作期間斷開。
在另一方面，電源開關10包括一象三端雙向可控矽開關(triac)那樣的可防止感應脈衝電壓加到風扇電動機9上的非接觸開關。感應脈衝(動)電壓在冷凍室33和製冷室33的門打開/關閉時由門開關12和13產生。門開關12和13與非接觸開關10的門串聯相接。
採用本發明的冰箱根據冷凍室33或一蒸發器的溫度被連續控制在2000到4000rpm的範圍內。熱敏電阻18和19控制兩相控制邏輯電路29的每一相，結果流過無刷直流電動機15的平均激勵電流被調整以便控制工作速度。可變電阻18和21分別與熱敏電阻18和19並聯連接，它們使用戶能幫助調節自動工作速度的範圍，這種調節取決於壓縮機的特性和冰箱循環。例如，當蒸發器在接近25℃的室溫起動時，壓縮機在預定範圍內的最大速度工作。當蒸發器的溫度下降時，壓縮機的速度由此按比例下降。此時，冰箱循環負載減少直到蒸發器的溫度達到最低溫度。壓縮機以一可保持冷凍室內溫度適當的速度工作。
圖4表示一根據壓縮機的工作速度設定直到蒸發器完全停止工作的工作從t1到t3的變化，採用本發明的冰箱能通過幫助固定壓縮機的工作速度由此調節冷凍時間來控制冷凍水平，從而可根據冰箱室內溫度和環境溫度來選擇最佳工作狀態。然後，無刷直流電動機根據負載波動改變工作效率特徵，並且冰箱的冷凍周期根據蒸發器的環境溫度有大的負載脈動寬度。為了保持高的工作效率特徵，有必要根據負載條件調節無刷直流電動機的輸入電壓。這樣，無刷直流電動機在低於比率輸出範圍的弱負載工作期間以一適當的下降電壓工作。例如，當蒸發器的溫度達到-18℃時，工作負載比在室溫時下降40%。此時，無刷電動機通過降低輸入電壓使轉速度低，從而它的比率輸出(輸出率)降低一半。無刷電動機的工作效率比最佳比率輸出工作的效率低10%到20%。正如圖1所示的那樣，如果由熱敏電阻4感測到的蒸發器的溫度低於零下18℃，一比較電路24使一電壓調節選擇開關23工作，從而給無刷電動機15施加28V的低電壓在冰箱正常工作時間，蒸發器的熱開關3根據設定的溫度重複通斷工作。
進而，選擇110V和220V的電壓的熱開關3的通斷工作使兩相控制電路14的通斷控制電路引去施加低電平「2」或高電平「H」信號給一「或」門32，同時去控制兩相控制電路29，由此使壓縮機的工作同步。因此，如圖6所示，蒸發器的冷凍速度可根據無刷直流電動機的工作設定速度V1到V3而變化，結果熱開關3的通斷周期可改變，它的工作比率也被控制。
本發明通過連續改變無刷直流電動機的工作速度調節蒸發器的溫度，結果蒸發器的連續溫度控制象圖5所示的那樣進行，並且冰箱的冷凍和製冷室可保持在精確的溫度，而沒有溫度脈動。
權利要求
1.一種壓縮機控制電路，其特徵在於它包括一無刷直流電動機；一用來將一交流電源與一直流電源分隔開以便驅動上述無刷直流電動機的電路；一用來改變無刷直流電動機的工作速度以響應冷凍室的溫度的兩相邏輯控制電路；一用來選擇相應於負載條件的電源電路電壓的電壓調整轉移開關；一用來根據冷凍室中的負載傳感器的通斷使無刷直流電動機的通斷工作連續的工作控制電路；以及一在壓縮機過載或咬煞條件下使無刷直流電動機停止工作並切斷電源的過載保護電路。
2.如權利要求1所述的壓縮機控制電路，其特徵在於不同電源分隔電路包括選擇至少一種電壓的初級線圈和輸出至少將被整流成直流電源的兩種電源的次級線圈。
3.如權利要求1所述的壓縮機控制電路，其特徵在於所述兩相控制電路包括至少一用來控制無刷直流電動機的工作速度的可變電阻和至少一設置在冷凍室內的熱敏電阻，且它與可變電阻分別並聯連接。
4.如權利要求1所述的壓縮機控制電路，其特徵在於所述電壓調節轉換電路包括一設有一電壓調節選擇開關以及一熱敏電阻以便當熱敏電阻感測的蒸發器的溫度在冰箱正常工作期間相當低時施加一相當低的電壓給無刷直流電動馬達的比較電路。
5.如權利要求1所述的壓縮機控制電路，其特徵在於所述工作控制電路包括一選擇至少一種交流電壓的熱開關和一「或」門，結果該熱開關的通斷工作使它去施加低電平「L」或高電平「H」信號給「或」門，同時去控制所述兩相控制電路。
6.如權利要求1所述的壓縮機控制電路，其特徵在於所述過載保護電路包括一位置傳感器、一比較電路以及一計時器，它用來從位置傳感器中接收輸入信號並將它與一參考頻率比較以輸出邏輯信號。
7.如權利要求3所述的壓縮機控制電路，其特徵在於所述兩相邏輯控制電路與一交流轉移放大電路相連，該交流轉移放大電路最多包括四個用來使無刷直流電動機工作的雙極轉移單元。
8.如權利要求7所述的壓縮機控制電路，其特徵在於所述兩相邏輯控制電路進一步包括一用來防止由於施加一系統負載而在一門開關中產生感應衝擊電壓的非接觸電源開關。
全文摘要
一種用於冰箱的壓縮機控制電路包括一含有一無刷直流電動機的壓縮機、一功率電路、一兩相控制電路、一電壓調節轉移電路、一根據冷凍室的負載傳感器的通斷而使無刷直流電動機的通斷工作連續的工作控制電路、以及保護電路，其中控制電路利用無刷直流電動機的連續可變速操作來調節蒸發器溫度，使蒸發器的連續溫度控制特性趨於上乘，並使冰箱的冷凍室和冷藏室保持在某一精確溫度不帶溫度波動。
文檔編號H02H7/093GK1081504SQ9310533
公開日1994年2月2日 申請日期1993年4月30日 優先權日1992年4月30日
發明者鄭榮春 申請人:三星電子株式會社, 鄭榮春