CN1295470C - 由供电频率可变的电动机驱动的致冷压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种家用致冷设备的致冷剂压缩机，所述压缩机由其供电频率可在多个离散数值(f1，f2，fT)之间有选择地变化的电动机(10)驱动，所述多个离散数值是输入信号的函数，其特征在于，所述压缩机整体地包含用于监视以相互独立的方式、随时间变化的两个或多个量值的控制装置(7)，所述两个或多个量值中的至少一个量值表示致冷设备的实际工作条件，所述控制装置还用于借助对应于被监视量值的预定组合的数值，产生所述输入信号。

Description

由供电频率可变的电动机驱动的致冷压缩机
技术领域
本发明涉及家用或类似应用的致冷设备的致冷剂的压缩机，即由供电频率可变的电动机驱动的那种致冷压缩机。
背景技术
政府当局认为限制，即减少家用设备的能量消耗的重要性，已导致发布了许多官方指令，例如由欧洲委员会发布的许多官方指令，其目的是全面减小所谓的温室效应，尤其是禁止销售需要使用过多能量才能完成其应完成任务的设备。这特别适用于在世界各国广泛普及的压缩型致冷设备。
为了确保遵守这些官方指令，众所周知已提出了和以一般方式使用由电动机驱动的致冷剂压缩机相关的各种提议，所述电动机不象在传统设备中那样间歇式工作，而是连续工作，不过是速度可变条件下连续工作。理论上，这种类型的电动机于是能够在介于上限ns和下限nj之间的任意不定值n下工作。
为了始终确保存储在设备中的食物的最佳贮藏条件，根据热负荷，预设上述极限值，通常已知所述热负荷正比于设备安装环境的环境温度Te(在气候类别中被定义为ST的所述环境温度介于+10℃和+38℃之间)和存储食物的贮藏室的温度Ti(就所谓的“冷却器”致冷设备而论，该温度介于+2℃和+8℃之间)之间的差值。理论上，ns与nj的比值应等于19。但是，由于包括在低的压缩机电动机转速下，存在润滑不充分的危险在内的许多众所周知的实际困难，实际上，压缩机电动机的速度极限间的所述比值ns/nj近似等于3。于是，实际上只是按照设备实际工作条件的少数几个条件，以最佳方式确保贮藏食物的保存，事实上，所述实际工作条件可能极大地偏离真实性。
使用由变速电动机驱动的压缩机的另一个主要缺点是，这需要致冷设备利用特殊的恒温温控系统，就硬件和软件而论，所述恒温温控系统都与传统致冷设备中当前使用的系统不同，在传统的致冷设备中，压缩机的电动机以单一速度间歇式工作。从而致冷设备制造商不得不花费大量的时间和费用来重新设计并测试包含在其制造过程中的每个设备样机。
WO-A-98/15790公开了一个压缩机的速度控制，该速度控制基于一个由位于被冷却环境内的恒温器发出的简单ON/OFF信号。根据所述专利的方法，其特征在于，在随后的ON周期内，压缩机的启动速度相对于先前ON周期内的最终速度是降低的。因此，只有一个参数(压缩机速度)被测量，并被在两个不同阶段内比较。
EP-A-0583560公开了一个装有压缩机的冰箱，该压缩机由与一条单相电线连接的三相电机驱动。向电机提供电流的控制是由单/三相型变频器来完成的。这样，压缩机的“工作周期”未被考虑，而它对于一个高效控制是更为重要的参数。
US-A-4,831,836公开了一个用于空调的电机压缩机，其中通过频率控制，以及用于检测房间温度和预定温度间差别的装置来调整速度。在第一种技术解决方案中，已检测参数是一个电机电流值，该参数被用于改变同一个电机的频率。在第二实施例中，压缩机内的电压被检测，以控制电机的电流。在这两种情况下，控制基于仅一个参数的检测，而且需要使用一个特定的附加传感器(电流或电压传感器)。
US-A-4,407,139公开了一种控制空调系统的方法，所述方法根据被调温空气的已检测温度相对于设定温度的偏差，来确定一个频率设定值。甚至在这种情况下，也仅有一个参数被检测，而所述参数不是压缩机的“工作周期”，也不是起同样功能的时间。
US-A-5,410,230公开了一个中央系统，该中央系统被用于一个场所的供暖、调温和通风，它包括一个驱动其各种部件的复杂电机。相映于场所内空气温度的装置，生成一个带有循环参数的温度信号，该循环参数与场所内空气温度的升降相对应。因此，控制是连续式的，一直仅在一个参数的基础上被执行。
EP-A-0490089中公开的一种不同类型的压缩机由能够有选择地以离散的多个速度(两个速度，或者最多三个速度)运转，并且具有和由单一速度电动机驱动的等同压缩机的体积排量相比，相对增大的体积排量的电动机驱动。在设备的起动阶段中，使用该电动机的第一速度n1(约为2000rpm)，在所述起动阶段中，产生使所述设备的能量消耗达到最小的需要或机会(即，所谓的“保存阶段”)；相反，当该设备需要确保特别持续的致冷能力时，例如在诸如长期暂停后的起动之类瞬时时间，或者正在特别沉重或苛求的工作条件下工作时，使用电动机的第二速度n2(约为2800rpm)以及可能提供的第三速度nT(等于3200rpm)。在电动机为无电刷电动机的情况下，借助适于控制供电频率的装置，实现从一个速度到另一速度的转换。
发明内容
本发明的主要目的是提供第二种类型的致冷剂压缩机，其电动机能够自动从一个供电频率转换为另一供电频率，以便在任何工作条件下，使致冷设备的能量消耗降至最低。
本发明的另一目的是由于至少在电动机的最低速度n1下，压缩机的驱动电动机保持间歇式工作，因此使制造商能够不必对其致冷设备进行功能重新设计。由于本发明实际上不需要对与其中安装压缩机的致冷设备的食物贮藏室相关的恒温温控进行任何修改，于是，相同的系统甚至可以采用简单，众所周知的液体膨胀型热动开关。
根据本发明，提供了一种家用致冷设备的致冷剂压缩机，所述压缩机由其供电频率可在多个离散数值(f1，f2，fT)之间有选择地变化的电动机10驱动，所述多个离散数值是输入信号的函数，
其特征在于，
所述压缩机整体地包含用于监视以相互独立的方式、随时间变化的两个或多个量值的控制装置7，所述两个或多个量值中的至少一个量值表示致冷设备的实际工作条件，
所述控制装置还用于借助对应于被监视量值的预定组合的数值，产生所述输入信号。
附图说明
总之，参考附图，根据下面作为非限制性例子给出的优选实施例的说明，可更容易地理解本发明的特征和优点，其中：
图1是压缩机组件的示意图；
图2是与用在具有自动循环除霜操作的所谓“冷却器”型致冷设备中的压缩机的驱动电动机的接线相关的电气线路图。
具体实现方式
众所周知，供家用致冷设备使用的致冷剂压缩机基本上由封闭实际的往复式压缩机和与之同轴设置的驱动电动机10的金属密封外壳1组成。从所述密封外壳1的外表面，伸出分别用作空吸管、输送管和进给管的三个金属管2、3和4。密封外壳1的同一外表面用作覆盖物5的支撑物，覆盖物5封闭并保护用于连接插塞式电缆(图中未示出)的接线盒，以便确保来自电源的供电。所述接线盒还通过第一接线系统9，与基于微处理器的控制器7(仅在图2中示出)相连，按照下文所述方式操作的控制器7被封闭在适当的保护箱6中，并且再通过第二接线系统8，与致冷设备的热动开关12(同样仅在图2中未出)相连。
在图2中举例给出的接线和连接图中，图2涉及根据本发明的压缩机在具有自动循环除霜操作的所谓“冷却器”型致冷设备中的应用，还涉及电源插塞式电缆的导电引线L和N，出于简化的目的，就关心的信号和电力来说，压缩机驱动电动机10和控制器7直接通过上面提及的第一接线系统9互连。上面提及的第二接线系统8连接热动开关12，热动开关再与输电线L相连，并与用作上面提及的基于微处理器的控制器7的接口的接触点13相连。
要注意的是热动开关12，在本例应用中，它用于控制其中安装有压缩机的致冷设备的食品贮藏室中的温度Ti，并不必须是固态热动开关，也可以是液体膨胀型热动开关。在保护箱6中，两个导电引线14和15与接口触点13并联连接。第一导电引线14通向转换开关17，转换开关17本身又适于通过导电引线20和21，有选择地分别使接口触点13与控制器7的第一接线触点18，以及第二接线触点19相连。沿着通向接口触点13，并且终止于基于微处理器的控制器7的第三接线触点22的第二导电引线15，设置有通常打开的开关23。
在图2中图解说明的优选实施例中(但是该实施例并不是实现本发明所必不可少的)，控制器7的其它接线触点25、26和27构成其它信号28、29和30的输入端，这将在下文中更详细地说明。例如，在致冷设备配有适当的传感器(图中未示出)的情况下，到达触点25的信号28可以是食物贮藏室内的实际温度的测量信号，而到达触点26的信号29可能涉及食物贮藏室门的打开速率(opening rate)和/或持续时间，最后，送往触点27的信号30可以是与贮藏室除霜操作相关的一个信号。
根据本发明的重要特征，控制器7执行下述任务：
-控制器7启动转换开关17，并使转换开关17转换成使接口触点13与控制器7的第一接线触点18，或者第二接线触点19相连，从而分别在较低的第一电力频率f1下，或者在较高的第二电力频率f2下，向压缩机驱动电动机10供电，所述第一电力频率f1和第二电力频率f2都低于电源电流，即导电引线L和N中的电源电流的频率fN(50或60Hz)。易于认识到电动机10的预定速度对应于所述频率中的各个频率，例如，1600rpm的速度对应于频率f1，2400rpm的速度对应于频率f2；
-控制器7启动通常打开的开关23，接通控制器7的第三接线触点22，从而使上面提及的同一控制器7的第一和第二接线触点18和19短路。这样，在高于其它两个频率，并且例如可以等于电源线的频率fN的频率fT下，向电动机10供电，从而使电动机10以3000rpm的速度旋转。
-控制器7通过第一接线系统9，监视压缩机驱动电动机10的绝对工作历时，以及压缩机驱动电动机10的利用率(通常称为工作百分比)，所述绝对工作历时和利用率是相互独立地随着时间而变化的两个数量。当然，也能够计算所述可变量值和/或其函数的绝对值和各种可能组合，例如具有确定工作或利用率的电动机10的工作循环的连续次数。
-控制器7把所述可变量值的绝对值和/或上面提及的所述可变量值的各种组合与预定值进行比较，以便当需要时，发出输入信号，使转换开关17从控制器7的第一接线触点19转换到控制器7的第二接线触点20，或者从控制器7的第二接线触点20转换到控制器7的第一接线触点19，或者甚至使通常打开的开关23接通同一控制器7的第三触点22：其目的是把电动机10的供电频率从上述三个值f1，f2和fT中的任一数值改变为任意另一数值，从而，增大或降低电动机10的动转速度。
-控制器7还监视热动开关12的开关跳开操作，本领域技术人员众所周知，所述热动开关12不是压缩机自身的一部分，但是总之在所有致冷设备中都配置有所述热动开关12。
下面就这种压缩机在“冷却器”型致冷设备中的应用，于是具有如图2中所示的布线和连接图而论，给出根据本发明的压缩机的一些操作例子。
例1-安装时，致冷设备的首次启动
假定致冷设备的开关12被关闭，从而在电压下设置接点触点13，控制器7使通常打开的开关23接通第三接线触点22，从而使得能够以最高的频率fT向压缩机驱动电动机10供电。如同前面在本说明中已陈述的那样，这种频率可以是电源线的频率fN(即50或60Hz，视情况而定)，该频率使电动机10以300rpm的转速运转。在热动开关12首次跳开所必需的时间内始终保持这样的工作条件，从而中断来自导电引线L的电力。
例2-正常食物贮藏和保存操作
借助导线9，控制器7能够发现电动机10的利用率较低，即在热动开关12的预定次数的连续跳开周期(例如5个周期)内，电动机10的利用率都未能超过预定的阀值(所述预定阀值可以约为50％左右)。此时，控制器7使转换开关17按照这样的方式转换，使得当热动开关12被关闭时，接口触点13能够通过导电引线20向第一接线触点19供电，从而使得能够在最低的频率f1下，向压缩机驱动电动机10供电，从而使压缩机驱动电动机10刚好以1600rpm转速运转。从而，从该时刻起(并且只要条件不发生变化，如同下述例子中所述)，由压缩机驱动电动机10引起的致冷设备的能量消耗是最小的，因为所述能量实际上被降低到使致冷设备的食物贮藏室保持用户选择的温度(例如+4℃)，或者可能设置的默认温度刚好所需的能量数量。
例3-频率使用致冷设备装入和取出食物
借助导线9，控制器7能够检测到在热动开关12的多个连续周期内，压缩机驱动电动机10已在高的利用率下工作，即，高于上面提及的阀值(例如，50％)的利用率。这时，控制器7使转换开关17按照这样的方式转换，使得当热动开关12被关闭时，接口触点13能够通过导电引线21，把导电引线L的电压施加给第二接线触点19，从而使得能够在小于f1的频率f2下，向压缩机驱动电动机10供电，把压缩机驱动电动机10的转速增大到2400rpm。从而增大致冷设备的能量消耗，但是只是在恢复例2中所述条件所必需的一段时间内增大致冷设备的能量消耗。
例4-舱门的延长打开
控制器能够根据上面提及的到达控制器的接线触点25和26的信号28和29，确定致冷设备的舱门是否打开了很长的一段时间，例如由于用户的疏忽而打开很长一段时间。这使压缩机驱动电动机10在延长的一段时间内，尤其是超过预定的90分钟持续时间阀值的一段时间内持续工作。当热动开关12位于其关闭位置时，确保转换开关17保持接通控制器7的第二接线触点19。
当然将认识到当根据本发明的压缩机和其它类型的致冷设备(例如冷藏机或冷冻-冷藏机)一起使用时，通过在基于微处理器的控制器7的操作逻辑中引入适当的变化，根据本发明的压缩机证明是同样有益的。
本发明的优点可总结如下：
-基于微处理器的控制器是压缩机的一个集成部件；
-对于其中将安装压缩机的任意致冷设备来说，不需要任何功能重新设计，甚至是布线也不需要重新设计；
-相反，在上述致冷设备中，甚至可以使用诸如液体膨胀型热动开关之类经时间考验的低成本热动开关；
-致冷设备的能量消耗准确地，并且自动地适应于所述致冷设备的实际操作条件，于是，能量消耗被降低到在用作能量效率数据的参照的标准(即正常)操作条件下的最小值，中伴随致冷设备自身而提供的能量名牌中规定了能量效率数据。
-类似地，致冷设备工作过程中产生的噪声水平始终受到控制，实际上，在绝大多数时间内，这种噪声被保持在较低的噪声水平上。
另外要认识到可按照和上述实施例不同的多种方式实现根据本发明的压缩机。特别地，压缩机驱动电动机的供电频率(于是，运转速度)可具有和上面所述不同的绝对值和相对值；特别地，所述三个频率可以都不等于电源频率(50或60Hz)。此外，其它随时间变化的量值，例如驱动电动机的电流输入可用作基准。
应注意的是，如果需要，制造商可在其致冷设备的控制面板上添加适当的适于启动通常打开的开关和/或转换开关，即复制其功能的恰当手动操纵装置。在这些情况下，忽略基于微处理器的控制器，致冷设备要求用户手动干预，以便改变压缩机的运转速度。
最后，应注意到鉴于能够适时地考虑到其中安装压缩机的致冷设备的实际安装条件，和/或所述致冷设备的任何可能的特殊结构或设计特征(例如，如果致冷设备是具有两个以上的食物贮藏室，于是当然具有同样多的食物贮藏温度的那种致冷设备)，在所有情况下，基于微处理器的控制器7的操作逻辑都是能够“个性化的”。

Claims (7)

1.一种家用致冷设备的致冷剂压缩机，所述压缩机由其供电频率可在多个离散数值(f1，f2，fT)之间有选择地变化的电动机(10)驱动，所述多个离散数值是输入信号的函数，
其特征在于，
所述压缩机整体地包含用于监视以相互独立的方式、随时间变化的两个或多个量值的控制装置(7)，所述两个或多个量值中的至少一个量值表示致冷设备的实际工作条件，
所述控制装置还用于借助对应于被监视量值的预定组合的数值，产生所述输入信号。
2.按照权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机还整体地包括处理所述输入信号的装置，所述装置用于计算所述随时间变化的量值和/或其函数的绝对值以及各种可能的组合，并且所述装置用于将所述随时间变化的量值的绝对值和/或所述可变量值的各种组合与预设值相比较。
3.按照权利要求1或2所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机用于具有至少一个贮藏室的致冷设备，所述贮藏室的温度借助于热动开关(12)进行调节，并且所述热动开关控制系统与所述控制装置(7)相连接。
4.按照权利要求1所述的压缩机，其特征在于，由所述压缩机的驱动电动机(10)的利用率，构成其中一个所述随时间变化的量值。
5.按照权利要求1所述的压缩机，其特征在于，由所述压缩机的驱动电动机(10)的绝对工作持续时间，构成其中一个所述随时间变化的量值。
6.按照权利要求1所述的压缩机，其特征在于，由所述压缩机的驱动电动机(10)的电流输入，构成其中一个所述随时间变化的量值。
7.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述用于生成输入的控制装置包括一个基于微处理器的控制器，在所述压缩机与不同类型的制冷设备一起使用时，将适当的变量引入所述基于微处理器的控制器的操作逻辑中。
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