DE2245455A1 - Kuehlsystem mit zumindest teilweise durch drosselorgane gesteuerter kuehlleistung - Google Patents
Kuehlsystem mit zumindest teilweise durch drosselorgane gesteuerter kuehlleistungInfo
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Description
DIPL-ING. R. SPIANEMANN 2 2 A 5 4 5 5
8000 Mönchen 2
Tal 13
TW. 22Ö207/224209 1314-I-7931
Borg-Warner-Corporation
Chicago, 111., USA
gesteuerter Kühlleistung
Die Erfindung bezieht sich auf KUhlsysteme und ihre Steuerung
und bezieht sich insbesondere auf derartige Kühlsysteme, die eine Kühlmitteldrosselung (wie z.B. mit Hilfe von steuerbaren
Eintrittsleitschaufeln) zur Steuerung der Kühlleistung verwenden.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Steuerung und dem
Betrieb von Kühlmittel-Drosselorganen, wie z.B. steuerbaren Eintrittsleitschaufeln (pre-rotation vanes) in einem Kompressor.
Steuerbare Eintrittsleitschaufeln werden zur Vergrößerung der Kühlleistung geöffnet und zur Verringerung der Kühlleistung geschlossen, und zwar üblicherweise mit Hilfe eines Elektromotors,
der gewöhnlich untersetzt ist, so daß er die Eintrittsleitschaufeln mit einer niedrigen Geschwindigkeit dreht (beispielsweise
kann der Wechselstrom- Motor, der bei 60 Hz betrieben wird, eine Minute oder mehr zum Antrieb der Eintrittsleitschaufeln
über ihren vollen Stellungsbereich benötigen). Trotz dieser niedrigen Geschwindigkeit treten weiterhin Überschwing- und
Regelschwankungsschwierigkeiten in dem System auf, und zwar insbesondere dann, wenn das System sich dem Gleichgewichtszustand
nähert.
3 0 9814/0-791
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Ansteuerung des Motors zum Antrieb der DrosaeXorgane in Abhängigkeit von einem Steuersignal zu schaffen, bei dem diese Probleme
beseitigt sind.
Diese Aufgabe wird durch im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Das erfindungsgemäße System umfaßt zumindest einen Sägezahngenerator mit einer niedrigen Ausgange frequenz und einen Vergleicher, dessen einem Eingang der Ausgang des Sägezahngenerators
und dessen anderem Eingang ein Stauer Spannungssignal zugeführt wird. Der Vergleicher erzeugt eine Reifte von Impulsen, deren
Breite proportional zum Steuersignal iit. Diese Impulse werden zur Steuerung von Schaltereinrichtungeu zur Ansteuerung des
Motors während ihrer Dauer verwendet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eier Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand! eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.
Pig* 2 eine Reihe von Spannungs-Zeitdiagrammen der Schwingungsformen an verschiedenen Punkten des Schaltbildes
nach Pig. 1, die zur Erläuterung der Betriebsweise der Ausführungsform nach Fig. 1 dienen.
In Figur 1 ist ein Schaltbild einer Au3führungsform eines Steuersystems zur Steuerung des Antriebsmotors für die Drosselorgane
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eines Kühlsystems dargestellt. Die Steuerspannung von einer Quelle
160 an einer Leitung 160' kann, wie dies dargestellt ist, sich zeitlich um einen Bggugspegel herum ändern, der dem normalen
oder gewünschten gemessenen Zustand entspricht. Änderungen über und unter diesen Pegel geigen eins höhere bzw. tiefere
Kühlflussigkeitstemperatur abweichend von der erwünschten an.
Das in Pig. 1 allgemein mit 300 bezeichnete System schließt einen Impulabreitenmodulator 3?H ein, der einen Sägezahngenerator
325 und zwei Vergleieher 324A und 32fIB aufweist, deren Ausgänge
über eine allgemein mit 326 bezeichnete logische Schaltung
mit einer "üffnurags"- bzw. "SchließAf-Seha3Ltung 4OQA bzw. 400B
verbunden sind, die so geschaltet sind, daß sie die "öffnungs"-
bzw. ":3chließ"-Wicklungen 36"O" bzw. 3β"ΰ" des Antriebsmotors
für die Eintrittsleitschaufeln ansteuern,
Die allgemeine Betriebsweise dieses Systems wird aus Pig. 2 verständlich.
Die graphischen Darstellungen I und II zeigen Sägezahn-Söhwingungsformen,
die jeweils dem positiven Eingängen der -Vergleichen zugeführt werden. Die Frequenz dieser Schwingungsformen
ist gleich und verglichen mit dem Wechselspannungsnetz um 2 Größenordnungen (d.h. 0,2 Hs gejsenüber 60 Hz) kleiner.
Es sei bemerkt, daß diese Schwingungen bei einem niedrigen Wert
(beispielsweise ♦ 1, - 1 V) oberhalb bzw. unterhalb des Bezugspegels (O V) beginnen und auf ßinen hohen Wert (beispielsweise
+ 13 V, - 13 V) ansteigen. Der mittlere Bereich (+ 1 V bis - iv;
ist ein "Totb«reich".
Die graphische Darstellung III zeigt «in Beispiel des Eingangssignals an
<I«r Leitung l60'. Wunn diese Spannung über den Totbereich
hiniui» abweicht, ändert sich der Ausgang eines, jedoch
nicht beider Vergleieher 32ΊΑ und 32{!B um eine Impulsfolge zu
erzeugen, wiu sie beispielsweiae in dar graphischen Darstellung
-H-3 098 U/07 91
- if -
IV A für den "offnungs"-Vergleicher 324A dargestellt ist. Dieser
Ausgang wird (nach Durchlaufen der logischen Schaltung 326 und der Steuerschaltung 1IOOA) etwas modifiziert, wie dies in der
graphischen Darstellung IV B dargestellt ist und wird der Steuerelektrode des Triac 415 zugeführt. Der entsprechende Schalter
400A steuert in diesem Fall die richtige Wicklung (Öffnungswicklung 36"On in diesem Beispiel) an. Die mittlere Ansteuerung oder
Erregung des Motors 36 über eine lange Periode hängt von der Breite
anderer Impulse ab« deren Breite sich von 0° (keine Spannung) bis 360° (kontinuierliches Qleichspannungsnignal) ändern kann.
Das Ergebnis eines Steuersignalausschlages in der entgegengesetzten Richtung unter den Totbereich, hinaus ist in ausgezogenen
Linien in Pig. 2, graphische Darstellung V, dargestellt. Die
Sägezahnschwingung der graphischen Darstellung II (in gestrichelten Linien) ist dem Steuersignal in der graphischen Darstellung V
überlagert. In diesem Fall sind ein relativ großer Abfall der geforderten Kühlleistung und die sich ergebenden breiten Impulse
vom Vergleicher 324B (die dem "Schließ"-Kanal zugeführt werden)
in der graphischen Darstellung VI A dargestellt. Etwas modifizierte Impulse der in der graphischen Darstellung VI B dargestellten Art, die von dem Signal der graphischen Darstellung VI A
abgeleitet sind, werden der Steuerelektrode des Triac der Schaltung 400 B zugeführt.
Im folgenden wird die in Fig. 1 dargestellte Schaltung noch näher
erläutert.
Das Signal an der Leitung 160* wird Über einen Widerstand 324H
dem negativen Eingang des den Vergleicher 324A bildenden Operationsverstärkers und außerdem über eintn Widerstand 324F dem
negativen Eingang des den Vergleicher J24B bildenden Operationsverstärkers zugeführt.
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Eine positiv verlaufende Sägezahnschwingung (graphische Darstellung I, Fig. 2) wird dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 324A über einen ähnlichen Widerstand 32tG zugeführt. Eine invertierte spiegelbildliche negativ verlaufende
Sägezahnschwingung (graphische Darstellung II, Fig. 2) wird in gleicher Weise dem positiven Eingang des Operationsverstärkers
324B zugeführt. In diesem Fall ist an jedem Operationsverstärker
ein Kondensator 324C bzw, 324D zwischen den primären Eingängen
angeschaltet.
Die Sägezahnschwingungen werden von dem Kollektor und Emitter eines Darlington-Transistorpaares 301 abgenommen« dessen Basiseingang an dem Generator 325 abgenommen wird. Die Vorspannungswiderstände 301Ά und 3O2B sind jeweils zwischen positiven und
negativen Vorspannungsquellen +V, -V und dem Kollektor bzw. Emitter des Darlington-Transistorpaares 301 angeschaltet.
Der Sägezahngenerator 325 umfaßt einen programmierbaren Unijun.ction-Transistor 325c, dessen Kathode über einen Widerstand
325D mit der negativen Vorspannung -V verbunden ist. Die Anode
des - Transistors 325c dient als Ausgang zur Steuerung des Transistorpaares 301 und ist außerdem Über einen Widerstand 325B mit
der ♦V-Spannungsquelle und über einen Kondensator 325A mit der
-V-Spannungsquelle verbunden. Die Steuerelektrode des Transistors
325c ist mit der Anode einer Diode 325E verbunden, deren Anode
ebenfalls über einen Widerstand 325? mit der +V-Spannungsquelle
und deren Kathode über einen Widerstand 3250 mit der -V-Spannungsquelle verbunden ist.
Der Sägezahngenerator 325 entspricht im wesentlichen dem Sägezahngenerator, der in der Literaturstelle "Transistor Manual"
7* Ausgabe, General Electric Company, 196Ί, S. 313, beschrieben
ist. Es ist wünschenswert, einen programmierbaren Unijunction-
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Transistor in dieser Schaltung zu verwenden, damit die Breite des Totbereiches gesteuert werden kann.
Der Impulsbreitenmodulator 324 schließt den Sägezahngenerator
325 ein, dessen Ausgang die Phasenteilerschaltung des Darlington-Transistorpaares 301 speist. Dieses Darlington-Transistorpaar
liefert zwei gegeneinander um 180° phasenversohobene Sägezahnsignale. Ein Signal beginnt bei einem hohen Pegel, beispielsweise ♦ 13 V, und verläuft Ober eine abfallende Schräge auf
einen niedrigen Wert, beispielsweise + IV. Das andere Signal beginnt bei einem negativen Wert, beispielsweise - 13 V, und
verläuft über eine ansteigende Sohräge auf einen niedrigen negativen Wert, beispielsweise - 1 V. Diese beiden Signale werden
in zwei Operationsverstärker 324A, 32ΊΒ mit hoher Verstärkung
eingespeist, die als Vergleicher und Pegeldetektoren dienen. Wenn das Signal an der Leitung l60* klein ist und anzeigt, daß
eine kleine in Richtung auf eine Öffnung wirkende Korrektur erforderlioh ist, so bleibt der Ausgang des ("üffnungs"-) Verstärkers 324A aus, bis die Sohräge der Sägesahnschwingung von
der Phasenteilerschaltung gleich dem Signal an der Leitung 160· wird. Zu diesem Zeitpunkt sohaltet der Ausgang des Verstärkers
32iA mit hoher Verstärkung und erzeugt einen Impuls, der solange andauert, bis der Sägezahn scharf auf beispielsweise + 13 V
zurüokkehrt.
Dieser Impuls speist sohlieftlioh die "Öffnungs"-Wicklung 36"0"
des Plügelmotors. Wenn das Steuersignal an der Leitung 160f
großer wäre und anzeigen würde, daß eine größere Korrektur
erforderlioh ist, so würde der von dem Verstärker 324A erzeugte Impuls eine längere Dauer aufweisen. Somit ist der Ausgang
des Verstärkers mit hoher Verstärkung durch das Steuersignal moduliert. Wenn das Steuersignal Null lit, so erscheinen keine
Impulse, da die Schräge der Sähezahnschwingung nur bis auf ♦ 1 V
abfällt oder auf - 1 V ansteigt. Dies orgibt den Totbereioh
- 7 -309814/0791
für die Regelung.
Die Umkehrung der obigen Beschreibung gilt für einen negativen
Ausgang an dem Summierverstärker und den anderen Säge&ahn&usgang
und den Verstärker 321JB mit hoher Verstärkung, der die
"Schließ"-Wicklung 36"C" des Flüge Iniok or s speiste
Die Steuerlogikschaltung 326 kombiniert Signale von dem Impulsbreit enmodulator 325 mit Strombegrenzungssignalen gui8 Steuerung
der steuerbaren Eintrittsleitschaufeln. Die in äer Logiksehaltung
326 verwendeten Gatter werden in üblicher logiseher Schaltung verwendet, um Ausgänge au liefern» die übep Transistor-Schaltkreise
Tri&es steuern, die in die "öffnuage18- und "Schließ"-Wicklungekreise
des Motors 3β eingeschaltet Bind.
Obwohl in dem dargestellten Ausftthrungsbeispiel aus Sehaltungsgründen
den Vergleichen 32^A und 32MB das Signal von der Leitung
16Ο· an ihren negativen Eingängen angeführt wird und eine
invertierte Sägezahnschwingung an ihren positives! Eingängen
verwendet wird, ist es für den Fachmann in einfacher Weis®'zu
erkennen, daß das gleiche Ergebnis auf arades?© Ifeise erhalten
werden könnte. Beispielsweise könnte das Signal an der Leitung
160' entgegengesetzten (+ und -) Eingängen zugeführt weMen und
die einzige Sägezahnschwingung könnte dem anderen Eingang (- und +) der Vergleicher 321A und 321IEi abgeführt werden.. Da je·?
doch die logisshe NOR-Funktion für die- Übersteuerung®signale
an den Leitungen 53 und 55 erwünscht :lst und zur Zeit im Handel nur logische Sshaltungseinheiten mit mehreren derartiger NOR-Gatter
zu wirtschaftlichen Preisen zur Verfügung stehen, werden
statt deeaen zwei dieser Gatter 326A und 32βΒ dazu verwendet,
um das Signal von dom Operationsverstärker 324A in der vorliegenden
Anordnung zu invertieren. Obwohl dies von einer reinen Analyse das Ιο,ξί aehen Sehaltbildes unnötig kompliziert erscheinen
- 8 ■ 309814/07 91
mag, ist dieses auf Qrund von Erwägungen bezüglich der Erzielung
der elektrischen Schaltung die zur Zeit bevorzugte Ausführungsforra zum Erreichen des gewünschten Ziels.
Die NOR-Qatter 326A und 326B werden in Verbindung mit dem Ausgang der Operationsverstärkers 324A verwendet, der über einen
Widerstand 326D dem einen Eingang des NOR-Gatters 326A zugeführt wird, dessen anderer Eingang von der Leitung 55 über einen
Widerstand 326E gespeist wird. In gleicher Weise werden der Ausgang des Operationsverstärkers 324B sowie die Leitung 53 über
jeweilige Widerstände 326P und 3260 den Eingängen des NOR-Gatters 326C zugeführt. Alle vier Eingänge der NOR-Oatter 32βΑ
und 326C sind mit der Kathode von einer von 4 Dioden 326H verbunden, deren Anoden geerdet sind.
Der Ausgang des NOR-Qatters 326A bildet einen Eingang des dritten
NOR-Oatters 326B, dessen anderer Eingang geerdet ist, um eine Inversion des Signalausganges zu erreichen. Die Ausgänge der
logischen Schaltung 326 werden identischen Schaltungen 400A und llOOB zugeführt, die jeweils mit den "öffnungs"- bzw. "Schließ"-Wicklungen 36"O" bzw. 36"C" verbunden sind. Als solche wird
lediglich die Schaltung 40OA beschrieben. Diese Schaltung schließt einen NpN-Transistor 411 ein, dessen Basis mit der logischen Schaltung verbunden ist, dessen Emitter geerdet ist
und dessen Kollektor über einen Widerstand 412 mit + V verbunden ist. Der Transistor 411 dient als Schalter und bildet entweder einen oder keinen Nebenschluß für den Strom der Steuerelektrode eines Triacs 415, der in Reihe mit der Wicklung 36"0"
und dem Wechselspannungsnetz geschaltet ist. Der Kollektor des Transistors 411 ist über einen Widerstand 416 mit Erde und über
einen Widerstand 417 mit der Anode einer Diode 418 verbunden,
deren Kathode mit der Steuerelektrode des Triac 415 und über einen Widerstand 419 mit Erde verbunden ist.
" 9 " 3098U/0791
Wie üblioh, weist der Triac 115 eine Reihenschaltung aus einem
Kondensator 421 und einem Widerstand 422 parallel zur Leistungsstrecke auf.
Patentansprüche; 309814/0791
Claims (6)
- - aar -22Α5Λ55PATENTANSPRÜCHE1·/ Kühlsystem mit zumindest teilweise durch die Einstellung von Drosselorganen gesteuerter Kühlleistung, gekennzeichnet duroh Einrichtungen zur Erzeugung eines Steuersignals (160), dessen Eigenschaften sich von einem Normalwert ausgehend zur Anzeige einer gewünschten Änderung in der Kühlleistung des Kühlsystems ändern, zum Empfang des Steuersignals angeschaltete Einrichtungen (324, 325» 301), die auf das Steuersignal ansprechen und einen Impulsfolge-Ausgang mit im wesentlichen einer Frequenz jedooh sieh in Abhängigkeit von den Änderungen der Eigenschaften des Steuersignale ändernder Impulsbreite, erzeugen, und mit den die Impulsfolge erzeugenden Einrichtungen (324,325,301) und den Drosselorganen verbundene Einrichtungen (326,36,400A,400B) zur Einstellung der Stellung der Drosselorgane in Abhängigkeit von dem Ausgang der die Impulsfolge erzeugenden Einrichtungen.
- 2. Kühlsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet duroh Einrichtungen zur Erzeugung des elektrischen Steuersignals (l60),von dem sioh eine Eigenschaft ausgehend von einem Normalwert zur Anzeige einer gewünschton Änderung in der Kühlleistung des Kühlsystems ändert, zum Empfang des Steuersignals angeschalteter Einrichtungen (324,325,301,400), die auf das Steuersignal (160) ansprechen und einen Qleiehspannungs-Impulsfolgen-Ausgang mit im wesentlichen einer Frequenz, jedoch mj.t sich in Abhängigkeit von der Änderung in den Eigenschaften des Steuersystems ändernder Impulsbreite erzeugen, und einem Elektromotor (36), der mit den die Impulsfolge erzeugenden Einrichtungen (324,325,301,400) und mit den Drosselorganen zur Einstellung der Stellung der Drosselorgane verbunden ist, wobei der Motor Wicklungen aufweist, die in Abhängigkeit von den Impulsfolgen*Ausgang der die- 11 -309814/0791Impulsfolge erzeugenden Einrichtungen erregbar sind.
- 3. Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (36) ein Wechselspannungsmotor ist und getrennte Erregungsschaltungen (400A und 400B) aufweist, die mit ihm zur Erregung des Motors auf einem Wechselstromnetz zur Einstellung der Stellung der Drosselorgane derart verbunden sind, daß die Drosselwirkung in Abhängigkeit von dem Ausgang der die Impulsfolge erzeugenden Einrichtungen (324,325,3Ο1Α4ΟΟ) verkleinert oder vergrößert wird, wobei der Ausgang dieser die Impulsfolge erzeugenden Einrichtungen jeweils mit der einen oder der anderen der Erregungsschaltungen (400A bzw. 400B) verbunden ist, daß ferner1 die die Impulsfolge erzeugenden Einrichtungen Einrichtungen zum Anschalten der Ausgangsimpulse an einen jedoch nicht beide der Erregungs schaltungen einschließen und daß die die Impulsfolge erzeugenden Einrichtungen Impulse mit einer Frequenz erzeugen, die gegenüber der Wechselstromnetζfrequenz klein ist.
- 4. Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (ΙβΟ) ein Qleichspannungspegel-Slgnal ist, dessen Amplitudenänderung ausgehend von einem Normpegel die gewünschte Änderung der Kühlleistung anzeigt, daß die Einrichtungen ssur Erzeugung einer Impulsfolge einen Sägezahngenerator 325 zur Erzeugung eines Sägezahnausgangs mit im wesentlichen einer Frequenz und einen ersten Vergleicher (324A) einschließen, der mit dem Sägezahngenerator (325) und dem Steuersignal (160) verbunden ist, wobei der erste Vergleichen (324A) dann Impulse erzeugt, wenn die Amplituden des Steuersignale und des Sägezahnsignals eine bestimmte Beziehung erreichen und überschreiten,- 12 -3098U/0791
- 5. Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Xnderungsrichtung des Steuersignals (160) aber und unter den Nornmert die gewünschte Xnderungsrichtung der Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Kühlleistung des Systems anzeigt, und daß die die Impulsfolge erzeugenden Einrichtungen einen zweiten Vergleicher (324B) einschließen, der mit dem Ausgang des Sägezahngenerators (325) und dem Steuersignal (l60) verbunden ist, wobei der zweite Vergleioher (324B) immer dann Impulse erzeugt, wenn die Amplitude des Steuersignals und des empfangenen Sägezahnsignals eine unterschiedliche Beziehung erreichen oder überschreiten, und wobei diese Beziehung lediglich für Steuersignale unterhalb des Normwertes vorhanden ist, während die bestimmte Beziehung für den ersten Vergleicher (324A) lediglich für Steuersignale oberhalb des Normwertes vorhanden ist und ein Totbereich für das Steuersignal zwischen den beiden bestimmten Beziehungen vorgesehen ist.
- 6. Kühlsystem nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle (50) für übersteuerungssignale (53) vorgesehen ist und daß logische Schaltungen (326) mit den die Impulsfolge erzeugenden Einrichtungen und den Übersteuerungesignalen verbunden sind, um in Abhängigkeit von den übersteuerungssignalen eine Einstellung der Stellung der Drosselorgane in Abhängigkeit von dem Steuersignal zu verhindern.3098U/0791L e e r s e i t e
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