DE2148280A1

DE2148280A1 - DEVICE FOR TEMPERATURE-DEPENDENT ELECTRONIC POWER CONTROL OF FAN MOTORS FOR AC, IN PARTICULAR FOR HEATING AND AIR CONDITIONING UNITS

Info

Publication number: DE2148280A1
Application number: DE2148280A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Zwicker
Original assignee: Pulsotronic Merten GmbH and Co KG
Current assignee: Pulsotronic Merten GmbH and Co KG
Priority date: 1971-09-28
Filing date: 1971-09-28
Publication date: 1973-05-10
Also published as: DE2148280B2; DE2148280C3

Description

Kennwort: "Ventilatormotor" Einrichtung zur temperaturabhängigen elektronischen Leitungsregelung von Ventilatormotoren für Wechselstrom insbesondere für Heiz- und Klimageräte.Password: "Ventilatormotor" Device for temperature-dependent electronic Line control of fan motors for alternating current, in particular for heating and Air conditioners.

Die Erfindung bezicht sich auf eine Einrichtung zur temperaturabhängigen elektronischen Leitungsregelung von Ventilatormotoren für Wechselstrom insbesondere für Heiz- und Klimageräte.The invention relates to a device for temperature-dependent Electronic line control of fan motors for alternating current, in particular for heating and air conditioning devices.

Uin die Trägheit eines geregelten lleiz- otler Kiihlsystems innerhalb eines bestimmten Raumes zu reduzieren, ist als ein Wirksames Mittel die Zwangsbelüftung bekannt. Diese Maßnahme bewirkt zudem ein geringeres Temperaturgefälle im klimetisieten Raum und reduziert damit den Aufwand fiir Heizung oder Kühlung.In the inertia of a regulated small cooling system within One effective means of reducing a certain space is forced ventilation known. This measure also causes a lower temperature gradient in the climatized Space and thus reduces the cost of heating or cooling.

Die konstante volle Drehzahl der Ventilatormotoren hat den Nachteil eines permament hohen Geräuschpegels, und bezüglich der Raumtemperaturwahl an einer Bedienungseinheit ist keine Flexihilität vorhanden. Eine manuelle Stufenschaltung der Ventilatordrehzahl zur Raumklimatisierung ist unpraktisch und stellt außer der möglichen Herabsetzung des Geäuschpegels nur wenig Fortschritt dar. Dagegen genügt die stufenlose, temperatur abhängige Drehzahlbeeinflussung von Ventilatormotoren durch desPhasenanschnittverfahrens den Forderungen einer verbesserten Klimatisierung. Dieses Verfahren hat den Nachteil, insbesondere Funkstörungen zu verursachten, die nur mit besonderem Entstärungs aufwand zu begrenzen sind. Diese ;aßnahmen bilden außerdem mit steigender Ventilationsleitung oft akustische Störquellen. Für den Leistungsschal ter sind besondere Kühlmittel als weiterer Aufwand erforderlich.The constant full speed of the fan motors has the disadvantage a permanently high noise level, and with regard to the choice of room temperature at one Control unit is not flexible. A manual step switch the fan speed for air conditioning is impractical and, apart from the possible reduction of the noise level represents little progress. On the other hand, it is sufficient the stepless, temperature-dependent speed control of fan motors by of the phase gating method meets the requirements of an improved Air conditioning. This method has the disadvantage of causing radio interference in particular caused, which can only be limited with a special effort. These ; Measures also often form acoustic sources of interference as the ventilation line increases. For the circuit breaker, special coolants are required as an additional expense.

Beide Nachteile werden bekanntlich weitgehend dann umgangen, wenn anstelle des Phasenanschnittverfahrens das Verfahren das Nullpunktschaltens tritt. Eine z.B. temperaturabhängige Leitungsabgabe eines Motors kommt dadurch zustande, daß der Motorstrom im Nulldurchgang in Form sogenannter Wellenpakete variabler Dauer mit variablen Pausen ireschaltet wird. Flir einen Ventilator zur Raumklimatisierung ist diese Regelung ;jedocil viel grober als bei der Verwendung des Phasenanschnittverfahrens. In vielen Fällen wirkt bei längeren Leitungspausen die Schaltfrequenz akustisch störend.As is known, both disadvantages are largely circumvented if instead of the phase control process, the process of zero point switching occurs. For example, a temperature-dependent output of a motor comes about, that the motor current in the zero crossing in the form of so-called wave packets of variable duration is switched with variable pauses. For a fan for air conditioning this regulation is; jedocil much more coarse than when using the phase control method. In many cases, the switching frequency has an acoustic effect during longer breaks in the line disturbing.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine temperaturanhängige, elektronische Leitungsregelung von Ventilatormotoren für Wechselstrom insbesondere fr Heiz- und Klimagerite zu schaffen, die die Nachteile des Phasenanschnittverfahrens vermeidet, aber die Uiftungsleistung so fein beeinflußt, daß sie den Forderungen einer verbesserten Klimatisierung weitgehend entspricht, ähnlich wie bei der stufenlosen Regelung und so auch akustisch subjektiv möglichst nicht störend wirkt.The object of the invention is to provide a temperature-dependent, electronic Line control of fan motors for alternating current, especially for heating and To create climatic rit, which avoids the disadvantages of the phase control method, but so finely influenced the recovery performance that it meets the demands of an improved Air conditioning largely corresponds, similar to the stepless control and in this way, acoustically, does not have a subjectively disturbing effect as far as possible.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der Betriebsstrom des Ventilatormotors einer eine mit einem Raumtemperaturfiihler beeinflußte Nullpunktschaltung mit einer temperaturabhängigen Frequenz geschaltet wird, wobei die Abschaltzeit immer nur eine Schwingungsperiode der Netzspannung beträgt.The object of the invention is achieved in that the operating current of the fan motor a zero point circuit influenced by a room temperature sensor is switched with a temperature-dependent frequency, whereby the switch-off time is always only one oscillation period of the mains voltage.

Dadurch werden die angeführien Nachteile vermieden und bleiben alle anderen Vorteile der bekannten Anordnungen erhalten.This avoids the disadvantages mentioned and remains all obtained other advantages of the known arrangements.

Mit Vorteil beträgt die Schaltperiode des Betriebstromes iB ein ganzzahliges Vielfaches einer Schwingungsperiode der Netzspannung. Zweckmäßig verläuft die zeitliche Abhängigkeit des Ventilatormotorbetriebstromes iR in veerschieden Schaltfrequenzstufen n, die sich nach der Reihe (1-¹ /n) x 100 unterscheiden, für n = 1 bis # in Prozent der Einschaltdauer t0,1,2... bezogen auf die Schaltperiode T1,2......The switching period of the operating current iB is advantageously an integer Multiple of an oscillation period of the mains voltage. Appropriately, the temporal runs Dependence of the fan motor operating current iR in different switching frequency levels n, which differ according to the series (1-¹ / n) x 100, for n = 1 to # in percent the duty cycle t0,1,2 ... related to the switching period T1,2 ......

Da längere Schaltpausen der Ventiletion akustisch als störend empfunden werden, orientiert sich die Abstufung an einer zweckmäßigen Mindestabschaltdauer für einen Wechselstrommotor (eine Schwingungsperiode t0 der Netzspannung). Die Kompressibilität der Luft schon nach kurzem Luftweg zu einem ausreichend gleichmäßigen Luftstrom, vor allem bei Leitungseinheiten bis 50 @, wie sie z.B. in Klimatruhen für Wohnräume eingesetzt werden.Since longer switching pauses in the ventilation are perceived as acoustically annoying the graduation is based on an appropriate minimum switch-off time for an AC motor (one oscillation period t0 of the mains voltage). The compressibility the air to a sufficiently even air flow after a short air path, especially for line units up to 50 @, such as those in air-conditioning units for living rooms can be used.

Bei größeren Motorleitstungen ist in der Regel auch der Luftweg verlängert, so daß auch hier die Ventilatorakustik im Hinblick auf Schaltvorgänge kaum als störend empfunden wird.In the case of larger motor power lines, the air path is usually also lengthened, so that here too the fan acoustics are hardly considered to be disturbing with regard to switching processes is felt.

Die Staflelung der Frequenzstufen @ erfolgt zu@ächst grob (n = 1 --- ). Einschaltdauer, bei u = @ --- 30, bei n = 3-6@,6 , bei @ = 4 --- 7@, bei n = 5 --- 0 usw.) und verläuft zur vollem Ventilationsleistung immer feinstufiger. Die mittlere Drezahl des Ventilators verläuft etwa proportional zu den Schaltfrequenzstufen n. Andererseits steigert sich die Ventillationsleistung bezüglich der Drehazhl annähernd quadratisch.The stacking of the frequency stages @ is done roughly @ (n = 1 --- ). Duty cycle, with u = @ --- 30, with n = 3-6 @, 6, with @ = 4 --- 7 @, with n = 5 --- 0 etc.) and runs more and more finely to achieve full ventilation. the The mean speed of the fan is roughly proportional to the switching frequency levels n. On the other hand, the ventilation performance increases approximately with respect to the number of rotations square.

Resultierend ergibt sich bezüglich der Ventilationsleistung ein annähernd linearer Zusammenhang mit den Schaltfrequenzstufen n des Ventilatormotors. Die Schaltfrequenzstufe n = 2 unterscheidet sich in Drehazhl und Lüftungsleistung subjektiv wesentlich von der vollen Leistung bei n = #.As a result, there is an approximate with regard to the ventilation performance linear relationship with the switching frequency stages n of the fan motor. The switching frequency level Subjectively, n = 2 differs significantly from the full power at n = #.

Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung besteht die Schaltendstufe aus einer Gleichrichterbrücke, deren Gleichstromzweig A, B kurzgeschlossen ist, wobei jeweils ein steuerbarer Gleichrichter mit einer Diode antiparallel geschaltet ist und die Zundspannungen für beide steuerbaren Gleichrichter ein gemeinsames Bezugspotential haben.According to further features of the invention, there is the switching output stage from a rectifier bridge whose DC branch A, B is short-circuited, a controllable rectifier connected in anti-parallel with a diode and the ignition voltages for both controllable rectifiers have a common reference potential to have.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und zwar: Fig. 1 die zeitliche Abhängigkeit des Ventilatormotorbetribstromes iB für vercshiendene Schaltfrequenzstufen n, Fig, 2 ein schematisches Blockschalbild der insbestimmt erforderlicken Schaltung und Fig. 3 ein Schaltbild mit der Schaltenstufe 5.The invention is explained in more detail with reference to the figures. These show an embodiment of the invention, namely: FIG. 1 shows the time dependency of the fan motor operating current iB for different switching frequency stages n, Fig, 2 shows a schematic block diagram of the circuitry required in particular and 3 shows a circuit diagram with switching stage 5.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Verlauf der zeitlichen Abhängigkeit des Ventilatormotorbetriebstromes iB für verschiedene Schaltfrequenzstufen n dargestellt, die sich nach der Reihe (1 -1/n ) x 100 unterscheiden für n = 1 bis # in Prozent der Einschaltdauer t0,1,2,.... bezogen auf die Schaltperiode T0,1,2....In Fig. 1 is the basic course of the time dependency of the fan motor operating current iB for different switching frequency levels n is shown, which differ in the order (1 -1 / n) x 100 for n = 1 to # in percent the duty cycle t0,1,2, .... related to the switching period T0,1,2 ....

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, beträgt die Abschaltzeit tA immer nur eine Schwingungsperiode t0 der Netzspannung bei allen Schaltfrequenzstufen n.As can be seen from FIG. 1, the switch-off time tA is always only an oscillation period t0 of the mains voltage at all switching frequency stages n.

Gemäß dem schematischen Blockschaltbild der Fig. 2 wird in Schaltstufe 1 ein netzynchrones Taktsignal erzeugt, dessen Phase in 2 von der induktiven Last abhängig festgelegt wird.According to the schematic block diagram of FIG. 2, in switching stage 1 generates a network-synchronous clock signal, whose phase in 2 comes from the inductive load is determined depending.

Das kann fest dimensioniert oder bei universellem Gebfaucht geregelt geschehen. In 7 entsteht ein der Raumtemperatur analoges Signal über den Temperaturfühler S, z.B. einen NTC-Widerstand.This can be fixed dimensions or regulated in the case of universal usage happen. In 7, a signal analogous to the room temperature is generated via the temperature sensor S, e.g. an NTC resistor.

Mit 9, z.B. einen Potentialmeter, wird die gewünschte Raumtemperatur eingestellt. Das analoge Signal von 7 kann in 6 je nach Hiez- oder Kühlbetrieb z.B. eines Klimagerätes umgekohrt werden.With 9, e.g. a potential meter, the desired room temperature is set set. The analog signal from 7 can be converted into 6 depending on the heating or cooling mode, e.g. of an air conditioner.

Schaltung 3 setzt das Takt- und Analogsignal in ein digitales Zündsignal um, das ein Schalten im Null-Durchgang des Motorstromes gewährleistet. Die Zündeinrichtung 4 zündet die steuerbaren Gleichrichter, z.B. Thyristoren, in der Schaltenstufe 5 im Schaltkreis des Motors 11, zu dem zur Unterdrückung schädlicher Induktionswirkungen auch das Dämpfungsmittel 10 z.B. eine RC-Kombination gehört.Circuit 3 converts the clock and analog signal into a digital ignition signal that ensures switching in the zero passage of the motor current. The ignition device 4 ignites the controllable rectifiers, e.g. thyristors, in switching stage 5 in the circuit of the motor 11, to the suppression of harmful induction effects the damping means 10 also belongs, for example, to an RC combination.

Die Schaltenstufe 5 besteht nach Fig. 3 aus einer G1 e ichrichterbrileke, deren Gleichstromzweig A,B kurzgeschlossen ist, wobei jeweils ein steuerbarer Gleichrichter Th 1, Th 2 mit einer Diode D 1, D 2 antiparallel geschaltet ist und die Zündspannungen an den Punkten C, D für beide steuerbaren Gleichrichter Th 1, Th P ein gemeinsames Bezugpotential haben. Im Wechselstromzweig der Brücke liegt die Serienschaltung von Netzspannung IJ mit dem Motor 11, dem das Dämpfuungsmittel 10 parallel geschaltet ist.The switching stage 5 consists according to Fig. 3 of a G1 e ichrichterbrileke, whose DC branch A, B is short-circuited, with a controllable rectifier in each case Th 1, Th 2 is connected in anti-parallel with a diode D 1, D 2 and the ignition voltages at points C, D for both controllable rectifiers Th 1, Th P a common Have reference potential. The series circuit is in the AC branch of the bridge of mains voltage IJ with the motor 11, to which the damping means 10 is connected in parallel is.

Wie bereits erwähnt, zeigen die Figuren nur eine beispielsweise Verwirklichung der Erfindung, und diese ist darauf nicht beschränkt; veilmehr sind noch Anwendungen und Ausführungen allgemein bei der Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren ohne weiteres möglich, unabhängig von Ventilatoren und Temperaturregelung von Heiz- und Klimageräten.As already mentioned, the figures only show an example of implementation of the invention, and it is not limited thereto; there are still applications and general designs for speed control of AC motors without further possible, independent of fans and temperature control of heating and Air conditioners.

Claims

Expectations:

Device for temperature-dependent, electronic power control of fan motors for alternating current, in particular for heating and air conditioning devices, thereby characterized in that the operating current (iB) of the fan motor (11) via a with a room temperature sensor (8) influenced zero point switching with a temperature-dependent one Frequency is switched, whereby the switch-off time (tA) is always only one oscillation period (t0) of the mains voltage.

Device according to Claim 1, characterized in that the switching period (T0,1,2 ...) of the operating current (iB) e an integer multiple of an oscillation period (t0) the mains voltage betray; t.

3. Device according to claim 1 or ", characterized in that with the switching frequency levels from n = 2 to 50, the ventilation output eta linear grows.

4. Device according to claim I or the following, characterized in that that the switching output stage (5) consists of a rectifier bridge, the direct current branch of which (A - B) is short-circuited, with a controllable rectifier (Thl, Th 2) is connected in anti-parallel with a diode (D1, D2) and the ignition voltages are on the points (C, D) for both controllable rectifiers (ThI, Th2) a common Have reference potential.