CN1080863C - 压缩机控制电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于冰箱的压缩机控制电路包括一含有一无刷直流电动机的压缩机、一功率电路、一两相控制电路、一电压调节转移电路、一根据冷冻室的负载传感器的通断而使无刷直流电动机的通断工作连续的工作控制电路、以及保护电路，其中控制电路利用无刷直流电动机的连续可变速操作来调节蒸发器温度，使蒸发器的连续温度控制特性趋于上乘，并使冰箱的冷冻室和冷藏室保护在某一精确温度不带温度波动。

Description

压缩机控制电路
本发明涉及提供一种压缩机控制电路，特别涉及提供一种采用无刷直流电动机的控制电路。
一般来说，通常无刷直流电动机有许多优点，与直流电动机一样，它有较好的控制特性，且降低噪音和电力消耗也很明显。因此，现在有一个趋势，即在家用电器中采用无刷直流电动机，然而，直到现在，由于成本和控制技术方面的原因，其应用仍然落后。不能满足用户的要求。几乎所有的家用电器都采用交流电动机。例如，一台用于冰箱压缩机的交流感应电动机在使用频率为50到60HZ的电源时，通常为两极电动机，它的同步速度固定在3500rPm左右。因而，室内的温度调节在一台压缩机的工作重复进行接通和断开的通断间隔时间内由一个检测冷冻室内的温度的传感器来完成。
但是，这种工作方式引起冰箱温度有一脉冲(脉动)(1-4oC)。它缩短了保持冰箱食物例如蔬菜、水果等新鲜的储藏时间。伴随着感应电动机的通断工作，每当以非工作条件转移到起动工作条件时，冲击电流相当大，由此要求大量的能量消耗。此时，线圈电流强度超过正常工作时的1到10倍。这就引起了转子和定子之间的感应振动和电磁噪音的增长。更进一步，当这种工作噪声在与压缩机的机械固有振动频率产生共振的带宽内时它将被放大。感应电动机具有较大的感应损失。它会使线圈热量比直流电动机要高，由此增加了压缩机的内部温度，从而降低了工作效率容易使压缩机的物质蜕化变质。
由于交流感应电动机的这种特性，使得压缩机有这些缺点，即很难以一连续的可变速度工作，工作效率相当低，电磁噪音很大，且按照负载的波动的最佳工作范围相当狭小。类似地，用于空调的压缩机也有同样的问题。
采用同样压缩机的冰箱在符合环境温度和冷冻室温度的设定时有较大的负载波动，最大可超过100％。这就要求按照负载波动比率在最佳的工作效率下运行。
本发明的一个目的是提供一种包括一台无刷直流电动机的压缩机控制电路。该控制电路可使压缩机按照负载波动其工作速度的控制达到一没有间歇通断工作的理想的连续工作状态。
本发明的其它目的是提供一种包括一台高效率和低噪音的无刷直流电动机的压缩机控制电路，它还进一步包括一可改变无刷电动机的工作速度的控制装置和一可使无刷电动机的工作输入取决于负载波动并达到最佳状态从而大大减少能量消耗的工作控制电路。
为了实现上述目的和特征，根据本发明，一种用于电冰箱的压缩机控制电路，它包含：用于感测在电冰箱的冷藏室中温度的感测部分(19，20)、包含在压缩机中的无刷直流电动机(15)和用于改变所述无刷直流电动机(15)的转速的两相控制电路(14)，其中所述压缩机控制电路还包括：直流电源产生电路(25)，它将交流输入电源转换成用于驱动无刷直流电动机(15)的多个直流电源和用于驱动所述两相控制电路(14)的一个直流电源，还同时产生多个直流电源；温度感测比较电路(24)，用于将由所述感测部分(19，20)感测的温度与预定参考温度相比较，并根据结果产生控制信号；和电压调节选择开关(23)，它根据由所述温度感测比较电路24产生的所述控制信号，在所述多个直流电源中选出一个直流电源电压用于所述电动机(15)，其中，所述两相控制电路(14)根据由所述电压调节选择开关(23)选出的直流电压改变所述无刷直流电动机(15)的转速，并由所述直流电压产生电路(25，26，27，22)产生的所述直流电源来驱动。
下面将参照附图，对本发明作详细描述。
图1是根据本发明的用于一冰箱的工作控制电路的一个实施例的电路示意图；
图2描述图1的一部分，无刷直流电动机的控制电路的示意图；
图3是按照冷冻室内蒸发器温度的无刷直流电动机的速度控制范围的示意图；
图4是按照不同的无刷直流电动机工作速度下蒸发器冷凝速度的示意图；
图5是按照无刷直流电动机的连续工作控制下蒸发器温度变化的示意图；以及
图6是在一工作速度按照间歇性工作控制蒸发器温度变化时间与无刷直流电动机工作速率之间的关系的示意图。
图1是根据本发明的一台无刷直流电动机用于一冰箱的工作控制电路的一个实施例的电路示意图。该冰箱是以一包括一冷冻室和制冷室的标准双门型冰箱为例的，该冰箱需要一使除霜加热器。风扇电动机和一室灯以及一包括一电动机从而使制冷剂压缩的压缩机工作的交流电源，但是，适用于本发明的冰箱包括一用于应用直流电源的无刷直流电动机的压缩机的控制电路。
一交流电源插头1与一可选择市用电压110V和220V中任一种电压的功率选择开关2相连，每一电源通路在图中由虚线和实线表示。功率选择开关2提供一电源电压给直流电源产生电路25的初级线圈。
直流电源产生电路(25，26，27，22)中的电源变压器25有一初级线圈和一次级线圈，上述初级线圈设有用于选择110V和220V电源的输入抽头，上述次级线圈包括三抽头型，例如。14V，28V，38V的全波线圈。直流电源产生电路中的电源变压器25的初级线圈与除霜加热器7和8，一除霜计时器5，一风扇电动机9以及一室灯11并联相连。在次级线圈，14V的电源通过二极管26和27以全波形式整流以作为一控制逻辑电路的电源VL，28V和38V的电源通过一叫做双掷型(double break，double make type)的电压调节选择开关23与一全波整流电路22相连，整流电源Vw用来驱动压缩机的无刷直流电动机15。这里，必须注意的是，这些构成直流电源的部分使用线性变压器将初级线圈的电源与次级线圈的电源分隔开来，并且，电压调节和整流是可靠的和不昂贵的，以及克服了由于使用对于PWM即脉冲宽度调制的高频开关装置(SMPS)而带来的噪声。
一压缩机通过一制冷剂流动器与一蒸发器和一冷凝器34相连。
用来驱动压缩机的无刷直流电动机15的两相控制电路14包括一可采用与该应用相同的美国专利局授予发明人Mr.YeongC.Chuns的美国专利No.4,472,564及4,584,505的两相控制电路。
参照图2，两相控制电路14最好设有一两相逻辑控制电路29、一用于检测转子速度的比较电路30、一由一利用接头H1和H2与恒温器或热开关3(见图1)的通断工作同步的通断工作控制电路31、根据冷冻室33的温度检测对无刷电动机的速度进行控制的温度传感器19和20、温度调节可变电阻18和21以及包括许多驱动无刷电动机15的功率晶体管的交流转换放大电路28。
两相逻辑控制电路29利用一位置传感器17产生驱动无刷电动机15的两相信号，它的详细描述可省略，这是因为它的技术内容已由美国专利4,584,505所公开。另外，用于一电冰箱的二相逻辑控制电路29包括可用于控制无刷电动机的工作速度的可变电阻18和21以及设置在冷冻室33内或在一蒸发器上与可变电阻18和21分别并联的热敏电阻19和20。这样，压缩机被驱动工作，它以一增大或减小与在起动工作或正常工作时的检测温度和室温之差值成比例的工作速度工作。可变电阻18和21可调节工作速度的增长比率、减小比率。而且，这些电阻能用来设定最大速度和最小速度。
交流转换放大电路28以两相逻辑控制信号的形式输出两相直流电压VM和-VM给设置在压缩机内的无刷直流电动机15。无刷直流电动机15包括两圈线圈16和用来检测转于位置的位置传感器17。这些线圈和传感器线通过设置在压缩机上的五个插头与两相逻辑控制电路29的三个输出接头和交流转换放大电路28的两个输入接头相连。这里，必须注意的是，四个晶体管被用来作为两相双极开关，但是一般的单相电源要求一8个桥式晶体管的工作电路。用于本发明的封闭式压缩机仅需要包括三个用于提供驱动电流的接头和两个用于传感器信号的接头的五个外接电连接接头，但是一般的压缩机在两相的情况下至少需要8个接头。而在三相的情况下，则超过七个接头。特别，外接电连接端的数量对一在临界技术限制下的压缩机相对于内部压力保持真空密封非常重要。
一过载保护电路30最好采用常用的频率比较电路。位置传感器7检测一转子的N极和S极以确定N极和S极的转移频率。这样，假定无刷直流电动机151作所需的参考频率已经设定，并且N极和S极的转换频率低于该参考频率，那么过载保护电路30输出高电平信号“H”去驱动一“或”门32以便减小两相逻辑控制电路29的输出。两相逻辑控制电路29的减小状态引起了交流转换放大电路28断开，由此切断天刷直流电动机15的驱动电流并保护它。通过工作控制电路31在热开关3、除霜加热器7和8以及计时器5工作期间断开。
在另一方面，电源开关10包括一象三端双向可控硅开关(triac)那样的可防止感应脉冲电压加到风扇电动机9上的非接触开关。感应脉冲(动)电压在冷冻室33和制冷室33的门打开/关闭时由门开关12和13产生。门开关12和13与非接触开关10的门串联相接。
采用本发明的冰箱根据冷冻室33或一蒸发器的温度被连续控制在2000到40000rpm的范围内。热敏电阻19和20控制两相控制逻辑电路29的每一相，结果流过天刷直流电动机15的平均激励电流被调整以便控制工作速度。可变电阻18和21分别与热敏电阻19和20并联连接，它们使用户能帮助调节自动工作速度的范围，这种调节取决于压缩机的特性和冰箱循环。例如，当蒸发器在接近25℃的室温起动时，压缩机在预定范围内的最大速度工作。当蒸发器的温度下降时，压缩机的速度由此按比例下降。此时，冰箱循环负载减少直到蒸发器的温度达到最低温度。压缩机以一可保持冷冻室内温度适当的速度工作。
图4表示一根据压缩机的工作速度设定直到蒸发器完全停止工作的工作从t1到t3的变化，采用本发明的冰箱能通过帮助固定压缩机的工作速度由此调节冷冻时间来控制冷冻水平，从而可根据冰箱室内温度和环境温度来选择最佳工作状态。然后，无刷直流电动机根据负载波动改变工作效率特征，并且冰箱的冷冻周期根据蒸发器的环境温度有大的负载脉动宽度。为了保持高的工作效率特征，有必要根据负载条件调节无刷直流电动机的输入电压。这样，无刷直流电动机在低于比率输出范围的弱负载工作期间以一适当的下降电压工作。例如，当蒸发器的温度达到-18℃时，工作负载比在室温时下降40％。此时，无刷电动机通过降低输入电压使转速度低，从而它的比率输出(输出率)降低一半。无刷电动机的工作效率比最佳比率输出工作的效率低10％到20％。正如图1所示的那样，如果由热敏电阻4感测到的蒸发器的温度低于零下18℃，一温度感测比较电路24使一电压调节选择开关231作，从而给无刷电动机15施加28V的低电压在冰箱正常工作时间，蒸发器的热开关3根据设定的温度重复通断工作。
进而，选择110V和220V的电压的热开关3的通断工作使两相控制电路14的通断控制电路引去施加低电平“2”或高电平“H”信号给一“或”门32，同时去控制两相逻辑控制电路29，由此使压缩机的工作同步。因此，如图6所示，蒸发器的冷冻速度可根据无刷直流电动机的工作设定速度V1到V3而变化，结果热开关3的通断周期可改变，它的工作比率也被控制。
本发明通过连续改变无刷直流电动机的工作速度调节蒸发器的温度，结果蒸发器的连续温度控制象图5所示的那样进行，并且冰箱的冷冻和制冷室可保持在精确的温度，而没有温度脉动。

Claims (8)

1.一种用于电冰箱的压缩机控制电路，它包含：用于感测在电冰箱的冷藏室中温度的感测部分(19，20)、包含在压缩机中的无刷直流电动机(15)和用于改变所述无刷直流电动机(15)的转速的两相控制电路(14)，其特征在于，所述压缩机控制电路还包含：
直流电源产生电路(25，26，27，22)，它将交流输入电源转换成用于驱动无刷直流电动机(15)的多个直流电源和用于驱动所达两相控制电路(14)的一个直流电源，还同时产生多个直流电源；
感测比较电路(24)，用于将由所述感测部分(19，20)感测的温度与预定参考温度相比较，并根据结果产生控制信号；和
切换电路(23)，它根据由所述温度感测比较电路24产生的所述控制信号，在所述多个直流电源中选出一个直流电源电压用于所述电动机(15)，
所述两相控制电路(14)根据由所述电压调节选择开关(23)选出的直流电压改变所述无刷直流电动机(15)的转速，并由所述直流电压产生电路(25)产生的所述直流电源来驱动。
2.如权利要求1所述的压缩机控制电路，其特征在于，所述直流电源产生电路(25，26，27，22)包括不同电源分隔电路(25)，它包含选择至少一种电压的初级线圈和输出将被整流成直流电源的至少两种电源的次级线圈。
3.如权利要求1所述的压缩机控制电路，其特征在于，所述两相控制电路(14)包括至少一用来控制无刷直流电动机的工作速度的可变电阻；至少一设置在冷冻室内的热敏电阻，且它与可变电阻分别并联连接；和两相逻辑控制电路(29)。
4.如权利要求1所述的压缩机控制电路，其特征在于，所述感测部分(19，20)是热敏电阻，而所述温度感测比较电路(24)当所述热敏电阻在冰箱正常工作期间感测到蒸发器的温度在-18℃以下时，控制电压调节选择开关(23)施加一低电压给无刷直流电动机(15)。
5.如权利要求1所述的压缩机控制电路，其特征在于，所述两相控制电路(14)还包括工作控制电路，该工作控制电路包含一选择至少一种交流电压的热开关和一“或”门，结果该热开关的通断工作使它去施加低电平“L”或高电平“H”信号给“或”门，同时去控制所述两相逻辑控制电路。
6.如权利要求1所述的压缩机控制电路，其特征在于，所述两相控制电路(14)还包括过载保护电路，该过载保护电路包含一位置传感器、一比较电路以及一计时器，它用来从位置传感器中接收输入信号并将它与一参考频率比较以输出逻辑信号。
7.如权利要求3所述的压缩机控制电路，其特征在于，所述两相逻辑控制电路与一交流转移放大电路相连，该交流转移放大电路最多包括四个用来使无刷直流电动机工作的双极转移单元。
8.如权利要求7所述的压缩机控制电路，其特征在于，所述两相逻辑控制电路进一步包括一用来防止由于施加一系统负载而在一门开关中产生感应冲击电压的非接触电源开关。
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