DE4322223A1 - Regulating device (control device) for a compressor motor of a refrigerator and/or freezer - Google Patents

Regulating device (control device) for a compressor motor of a refrigerator and/or freezer

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Abstract

In the case of a regulating device for a compressor motor (1) of a refrigerator and/or freezer, it is intended to achieve continuous regulation of the cooling power in a simple manner. The motor (1) can be connected to the mains either directly or via a controllable converter (8) by means of a changeover switch (5). The changeover switch (5) and the converter (8) are controlled by control electronics (12), the connection to the mains being direct when the cooling power requirement is high and during starting of the motor (1) and being via the converter (8) when the cooling power requirement is relatively low. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungseinrichtung für einen Verdichtermotor eines Kühl- und/oder Gefriergeräts, wobei der Motor ein Einphasen-Asynchronmotor mit einer Hilfswicklung für den Anlauf ist.The invention relates to a control device for a compressor motor of a refrigerator and / or freezer, the motor being a single phase asynchronous motor with a Auxiliary winding for the start-up is.

Bei Kühlgeräten, Gefriergeräten oder kombinierten Kühl- Gefriergeräten, insbesondere bei Haushaltsgeräten, wird als Verdichtermotor gewöhnlich ein Einphasen- Asynchronmotor verwendet. Zu dessen Anlauf ist eine Hilfswicklung vorgesehen, die über einen ohmschen Widerstand zu einer Phasenverschiebung führt. Die Hilfswicklung wird nach dem Hochlaufen des Motors abgeschaltet. Als Widerstand wird ein PTC-Widerstand verwendet, der nach dem Hochlaufen die Hilfswicklung wirkungslos macht. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades kann parallel zum PTC-Widerstand ein Kondensator geschaltet werden. Die Hilfswicklung trägt dann auch im Betrieb zur Ausbildung des Drehfeldes im Motor bei.For refrigerators, freezers or combined refrigerators Freezers, especially in household appliances as a compressor motor usually a single phase Asynchronous motor used. To start it up is one Auxiliary winding provided through an ohmic Resistance leads to a phase shift. The Auxiliary winding is after the engine has started switched off. A PTC resistor is used as the resistor used the auxiliary winding after startup ineffective. To improve efficiency can be a capacitor in parallel with the PTC resistor be switched. The auxiliary winding then also carries in Operation for the formation of the rotating field in the motor.

Die Regelung der Kälteleistung erfolgt als Zweipunktregelung durch Ein- und Ausschalten des Verdichtermotors. Die Verdampfertemperatur wird im Kühlschrank von einem Wert < 0°C bei jedem Regelvorgang bis auf tiefe Temperaturen gefahren. Dies ist für den Wirkungsgrad des Kühlgeräts ungünstig.The cooling capacity is regulated as Two-point control by switching the Compressor motor. The evaporator temperature is in the Refrigerator with a value <0 ° C with each control process  drove to low temperatures. This is for the Efficiency of the cooling device is unfavorable.

In dem Fachmann Elektrische Antriebstechnik, Fritz Kümmel - Berlin, Offenbach, VDE-Verlag, Teil 2, Leistungsstellglieder, 1986, S. 154 bis 162 und S. 279 bis 300, sind steuerbare Umrichter für Motoren beschrieben. Mittels des Umrichters läßt sich die Drehzahl des Motors steuern. Solche Regelungen sind aufwendig.In the specialist in electrical drive technology, Fritz Kümmel - Berlin, Offenbach, VDE publishing house, part 2, Power actuators, 1986, pp. 154 to 162 and p. 279 up to 300, are controllable inverters for motors described. By means of the converter, the Control the speed of the motor. Such regulations are complex.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Regelungseinrichtung vorzuschlagen, bei der auf einfache Weise bei einem Asynchronmotor der eingangs genannten Art eine stetige Regelung der Kälteleistung möglich ist.The object of the invention is a control device to propose in a simple way at a Asynchronous motor of the type mentioned a steady Regulation of the cooling capacity is possible.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Motor ein Umschalter vorgeschaltet ist, mit dem der Motor entweder direkt oder über einen steuerbaren Umrichter an das Netz anschließbar ist und daß eine Steuerelektronik vorgesehen ist, die den Umschalter und den Umrichter steuert, wobei bei großem Kälteleistungsbedarf und beim Anlauf der Motor direkt und bei kleinem Kälteleistungsbedarf über den Umrichter an das Netz gelegt ist.According to the invention the above object is achieved in that the Motor is connected upstream of a changeover switch with which the motor either directly or via a controllable converter the network is connectable and that control electronics is provided, the changeover switch and the converter controls, where there is a large cooling capacity requirement and Starting the motor directly and with a small one Cooling power requirement via the converter to the grid is laid.

Der Anlauf erfolgt in üblicher Weise mittels der Hilfswicklung. Beim Anlauf ist der Umrichter vom Netz getrennt. Er muß also nicht so ausgelegt sein, daß er den hohen Anlaufstrom verträgt.Start-up takes place in the usual way by means of Auxiliary winding. When starting up, the converter is off the grid Cut. So it does not have to be designed so that it tolerates high starting current.

Nach dem Anlauf und wenn der Kälteleistungsbedarf nicht mehr sehr hoch ist, schaltet die Steuerelektronik den Umschalter um und steuert den Umrichter so an, daß der Motor mit der für den jeweiligen Kälteleistungsbedarf notwendigen Frequenz und Betriebsspannung arbeitet. Der Motor wird also weniger häufig als bei der Zweipunktregelung nach dem Stand der Technik ein- und ausgeschaltet. Die Verdampfertemperatur kann auf einen mittleren Wert geregelt werden.After start-up and if the cooling capacity requirement is not is very high, the control electronics switches the Changeover switch and controls the converter so that the Motor with the for the respective cooling capacity requirement necessary frequency and operating voltage works. Of the So the engine is less common than the Two-point control according to the prior art on and  switched off. The evaporator temperature can be reduced to one average value can be regulated.

Bei sehr hohem Kälteleistungsbedarf, beispielsweise beim Eingefrieren, schaltet die Steuerelektronik den Umschalter zurück, so daß der Motor wieder direkt am Netz liegt. Der Umrichter muß also nur auf eine Leistung ausgelegt sein, die kleiner als die Nennleistung des Motors ist.When there is a very high cooling capacity requirement, for example when Freeze, the control electronics switches the Switch back so that the motor is directly connected to the mains lies. The converter therefore only needs one power be designed which is smaller than the nominal power of the Motors is.

Um eine "stoßfreie" Umschaltung des Motors vom direkten Netzbetrieb auf den Betrieb über den Umrichter und umgekehrt zu erreichen, steuert in Ausgestaltung der Erfindung die Steuerelektronik den Umrichter vor dem Betätigen des Umschalters auf die Netzfrequenz.For a "bumpless" switching of the motor from direct Mains operation on operation via the converter and to achieve the opposite, controls in the design of Invention the control electronics the converter before Actuation of the switch to the mains frequency.

Um den Verdichtermotor mit optimalem Wirkungsgrad zu betreiben, ist in Ausgestaltung der Erfindung die Steuerelektronik mit einem Speicher versehen, in dem den unterschiedlichen Kältebedarfswerten die zugehörigen Werte für Frequenz und/oder Spannung zugeordnet sind. Dem jeweiligen Kältebedarf entsprechend ruft die Steuerelektronik die zugeordneten Werte aus dem Speicher und steuert mit diesen den Umrichter.To ensure the compressor motor with optimal efficiency operate, is in an embodiment of the invention Control electronics provided with a memory in which the different cooling demand values the associated Values for frequency and / or voltage are assigned. The calls the respective cooling demand accordingly Control electronics the assigned values from the memory and controls the converter with these.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Figur zeigt ein Schaltbild einer Drehzahlregelung eines Verdichtermotors.Further advantageous embodiments of the invention arise from the following description of a Embodiment. The figure shows a circuit diagram a speed control of a compressor motor.

Ein Asynchronmotor (1) des Verdichters eines Kühl- und/ oder Gefriergeräts weist eine Hauptwicklung (2) und eine Hilfswicklung (3) auf, zu der ein PTC-Widerstand (4) in Reihe geschaltet ist.An asynchronous motor ( 1 ) of the compressor of a refrigerator and / or freezer has a main winding ( 2 ) and an auxiliary winding ( 3 ), to which a PTC resistor ( 4 ) is connected in series.

In Reihe zur Hauptwicklung (2) liegt ein Umschalter (5), der einen von einer Spule (6) antreibbaren Schaltkontakt (7) aufweist. Der Schaltkontakt (7) liegt entweder an einem Kontakt (a) oder (b).In series with the main winding ( 2 ) is a changeover switch ( 5 ) which has a switch contact ( 7 ) which can be driven by a coil ( 6 ). The switch contact ( 7 ) is either on a contact (a) or (b).

Der Kontakt (a) liegt direkt am Netz (L, N). Der Kontakt (b) liegt am Ausgang eines Umrichters (B), der eingangsseitig am Netz (L, N) liegt.Contact (a) is located directly on the network (L, N). The contact (b) is at the output of a converter (B) on the input side is on the network (L, N).

Der Umrichter (8) ist von einer gesteuerten Halbbrücke gebildet. Er weist für die positiven Halbwellen eine Gleichrichterdiode (D1) mit nachgeschaltetem Glättungskondensator (C1) und für die negativen Halbwellen eine Gleichrichterdiode (D2) mit nachgeschaltetem Glättungskondensator (C2) auf. Dadurch werden die positiven 220 Volt-Netzhalbwellen und die negativen Netzhalbwellen getrennt gleichgerichtet und an den Polen (9 bzw. 10) entsteht je eine zum Nullpunkt (N) positive bzw. negative Gleichspannung.The converter ( 8 ) is formed by a controlled half bridge. It has a rectifier diode (D1) with a downstream smoothing capacitor (C1) for the positive half-waves and a rectifier diode (D2) with a downstream smoothing capacitor (C2) for the negative half-waves. As a result, the positive 220 volt mains half-waves and the negative mains half-waves are rectified separately and at the poles ( 9 and 10 ) there is a positive or negative direct voltage at the zero point (N).

Am Pol (9) liegt ein elektronischer Schalter (S1). Entsprechend liegt am Pol (10) ein elektronischer Schalter (S2). Ein Verbindungspunkt (11) der Schalter (S1, S2) ist zum Kontakt (b) geführt. Parallel zu den Schaltern (S1, S2) liegen Freilaufdioden (D3 bzw. D4).An electronic switch (S1) is located at the pole ( 9 ). Accordingly, an electronic switch (S2) is located at the pole ( 10 ). A connection point ( 11 ) of the switches (S1, S2) leads to contact (b). Free-wheeling diodes (D3 and D4) are located parallel to the switches (S1, S2).

Die Steuerelektroden der Schalter (S1, S2) sind an eine Steuerelektronik (12) angeschlossen. Die Steuerelektronik (12) steuert die elektronischen Schalter (S1, S2) nach Art einer Pulsweitenmodulation, so daß sich am Kontakt (b) von der Netzfrequenz unterschiedliche Frequenzen und in der Amplitude unterschiedliche Wechselspannungen erzeugen lassen. Die elektronischen Schalter (S1, S2) sind beispielsweise Transistoren, insbesondere IGBT (insulated gate bipolar transistor).The control electrodes of the switches (S1, S2) are connected to control electronics ( 12 ). The control electronics ( 12 ) control the electronic switches (S1, S2) in the manner of a pulse width modulation, so that different frequencies and alternating voltages can be generated at the contact (b) by the mains frequency. The electronic switches (S1, S2) are, for example, transistors, in particular IGBT (insulated gate bipolar transistor).

An die Steuerelektronik (12) ist auch die Spule (6) angeschlossen. Die Steuerelektronik (12) ist von einem Mikrocomputer gebildet. Eingangsseitig ist an sie die Netzspannung (L, N) gelegt. Außerdem erfaßt sie über einen Meßwiderstand (R) den Motorstrom.The coil ( 6 ) is also connected to the control electronics ( 12 ). The control electronics ( 12 ) is formed by a microcomputer. The mains voltage (L, N) is applied to them on the input side. It also detects the motor current via a measuring resistor (R).

Eingangsseitig liegen an der Steuerelektronik (12) Temperaturfühler (13, 14), die beispielsweise von NTC-Widerständen gebildet sind. Mit den Temperaturfühlern (13, 14) wird die Lufttemperatur im Kühlraum des Kühl­ bzw. Gefriergeräts, die Temperatur des Verdampfers der Kühlaggregats und/oder die Temperatur des Verflüssigers des Kühlaggregats gemessen. Sollen alle drei Temperaturen gemessen werden, dann können drei Temperaturfühler vorgesehen sein.Temperature sensors ( 13 , 14 ), which are formed, for example, by NTC resistors, are located on the control electronics ( 12 ) on the input side. The temperature sensors ( 13 , 14 ) measure the air temperature in the cooling space of the refrigerator or freezer, the temperature of the evaporator of the cooling unit and / or the temperature of the condenser of the cooling unit. If all three temperatures are to be measured, then three temperature sensors can be provided.

Der Mikrocomputer (12) weist ein ROM auf. In diesem sind die für jeden Kältebedarf durch Versuch ermittelten optimalen Werte für die Spannung und Frequenz am Motor abgespeichert.The microcomputer ( 12 ) has a ROM. The optimum values for the voltage and frequency at the motor determined for each cooling requirement by experiment are stored in this.

Die Funktionsweise der beschriebenen Schaltung ist etwa folgende:The operation of the circuit described is approximately the following:

Bei stillstehendem Motor (1) liegt der Schaltkontakt (7), gesteuert von der Steuerelektronik (12), am Kontakt (a). Wird nun beispielsweise mittels eines Schalters (15) der Motor (1) eingeschaltet, dann läuft er durch die Wirkung der Hilfswicklung (3) in an sich bekannter Weise an. Solange ein hoher Kältebedarf besteht, was über die Temperaturfühler (13, 14) erfaßt wird, bleibt der Schaltkontakt (7) in dieser Stellung.When the motor ( 1 ) is at a standstill, the switch contact ( 7 ), controlled by the control electronics ( 12 ), lies on the contact (a). If, for example, the motor ( 1 ) is switched on by means of a switch ( 15 ), it starts up in a manner known per se through the action of the auxiliary winding ( 3 ). The switching contact ( 7 ) remains in this position as long as there is a high demand for cooling, which is detected by the temperature sensors ( 13 , 14 ).

Wenn dann in der Nähe der Solltemperatur nur noch ein kleiner Kälteleistungsbedarf besteht, was über die Temperaturfühler (13, 14) erfaßt wird, schaltet die Steuerelektronik (12) über die Spule (6) den Schaltkontakt (7) auf den Kontakt (b). Der Motor (1) liegt jetzt nicht mehr direkt, sondern über den Umrichter (B) am Netz (L, N). Kurz vor diesem Umschalten beginnt die Steuerelektronik (12) die Schalter (S1, S2) so anzusteuern, daß am Ausgang des Umrichters (8), also am Kontakt (b), die Netzfrequenz in netzrichtiger Phasenlage besteht. Beim Umschalten vom Kontakt (a) auf den Kontakt (b) tritt also am Motor (1) kein Frequenzsprung bzw. Phasensprung auf. Anschließend regelt dann die Steuerelektronik (12) die Frequenz und die Spannung am Kontakt (b) so herunter, daß der Motor (1) entsprechend des jeweiligen Kältebedarfs läuft. Die für einen optimalen Wirkungsgrad des Motors (1) nötigen Werte für die Pulsweitenmodulation der Schalter (S1, S2), also für Spannung und Frequenz am Kontakt (b), können aus dem ROM ausgelesen werden.If there is then only a small cooling capacity requirement near the setpoint temperature, which is detected by the temperature sensors ( 13 , 14 ), the control electronics ( 12 ) switch the switching contact ( 7 ) to the contact (b) via the coil ( 6 ). The motor ( 1 ) is no longer directly, but via the converter (B) on the network (L, N). Shortly before this switchover, the control electronics ( 12 ) begin to control the switches (S1, S2) in such a way that the line frequency at the output of the converter ( 8 ), ie at the contact (b), is in the correct phase position. When switching from contact (a) to contact (b), there is no frequency jump or phase jump on the motor ( 1 ). Then the control electronics ( 12 ) regulate the frequency and the voltage at the contact (b) so that the motor ( 1 ) runs according to the respective cooling requirement. The values for the pulse width modulation of the switches (S1, S2), that is, for voltage and frequency at the contact (b), can be read out from the ROM for optimum motor efficiency ( 1 ).

Stellt die Steuerelektronik (12) über die Temperaturfühler (13, 14) einen steil ansteigenden Kälteleistungsbedarf fest, dann steuert sie die Schalter (S1, S2) so an, daß am Kontakt (b) wieder die Netzfrequenz entsteht und schaltet über die Spule (6) den Schaltkontakt (7) auf den Kontakt (a) zurück. Der hohe Kälteleistungsbedarf wird nun direkt - unter Umgehung des Umrichters (8) - aus dem Netz gedeckt.If the control electronics ( 12 ) determine a steeply increasing cooling power requirement via the temperature sensors ( 13 , 14 ), they control the switches (S1, S2) so that the mains frequency is generated again at contact (b) and switch via the coil ( 6 ) switch contact ( 7 ) back to contact (a). The high cooling capacity requirement is now covered directly - bypassing the converter ( 8 ) - from the network.

Durch die Überwachung des Motorstroms mittels des Meßwiderstands (R) erkennt die Steuerelektronik (12) auch ein eventuelles Kippen des Motors (1) in den Stillstand. Der Motor (1) wird dann, beispielsweise über den Schalter (15), abgeschaltet und nach einer Zeit, in der im Kältemittelkreis der notwendige Druckausgleich entsteht, wieder gestartet.By monitoring the motor current using the measuring resistor (R), the control electronics ( 12 ) also detect a possible tipping of the motor ( 1 ) to a standstill. The engine ( 1 ) is then switched off, for example via the switch ( 15 ), and restarted after a time in which the necessary pressure equalization occurs in the refrigerant circuit.

Günstig ist bei der beschriebenen Drehzahlregelung des Motors (1), daß ein herkömmlicher Verdichtermotor unverändert verwendet werden kann, der mit den üblichen Mitteln direkt am Netz hochläuft und bei großem Leistungsbedarf direkt am Netz liegt. Dadurch genügt für die stetige Drehzahlregelung ein einfacher, preiswerter Frequenzumrichter, der mit nur einer Halbbrücke arbeitet.It is favorable in the described speed control of the motor ( 1 ) that a conventional compressor motor can be used unchanged, which runs up directly on the network with the usual means and is directly connected to the network when there is a high power requirement. This means that a simple, inexpensive frequency converter that works with only one half-bridge is sufficient for continuous speed control.

Claims (7)

1. Regelungseinrichtung für einen Verdichtermotor eines Kühl und/oder Gefriergeräts, wobei der Motor ein Einphasen-Asynchronmotor mit einer Hilfswicklung für den Anlauf ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Motor (1) ein Umschalter (5) vorgeschaltet ist, mit dem der Motor (1) entweder direkt oder über einen steuerbaren Umrichter (8) an das Netz (L, N) anschließbar ist, und daß eine Steuerelektronik (12) vorgesehen ist, die den Umschalter (5) und den Umrichter (8) steuert, wobei bei großem Kälteleistungsbedarf und beim Anlauf der Motor (1) direkt und bei kleinem Kälteleistungsbedarf über den Umrichter (8) an das Netz (L, N) gelegt ist.1. Control device for a compressor motor of a refrigerator and / or freezer, the motor being a single-phase asynchronous motor with an auxiliary winding for starting, characterized in that the motor ( 1 ) is connected upstream of a switch ( 5 ) with which the motor ( 1 ) either directly or via a controllable converter ( 8 ) can be connected to the network (L, N), and that control electronics ( 12 ) are provided which control the changeover switch ( 5 ) and the converter ( 8 ), being large Cooling power requirement and when starting the motor ( 1 ) is connected directly to the mains (L, N) via the converter ( 8 ) when the cooling power requirement is low. 2. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Steuerelektronik (12) wenigstens ein Temperaturfühler (13, 14) angeschlossen ist, welcher eine für den Kälteleistungsbedarf charakteristische Temperatur erfaßt.2. Control device according to claim 1, characterized in that at least one temperature sensor ( 13 , 14 ) is connected to the control electronics ( 12 ), which detects a temperature characteristic for the cooling power requirement. 3. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (12) den Motorstrom erfaßt.3. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the control electronics ( 12 ) detects the motor current. 4. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (12) die Netzfrequenz und die Netzphasenlage erfaßt.4. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the control electronics ( 12 ) detects the network frequency and the network phase position. 5. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (12) den Umrichter (8) vor dem Betätigen des Umschalters (5) auf die Netzfrequenz steuert.5. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the control electronics ( 12 ) controls the converter ( 8 ) before actuating the switch ( 5 ) to the mains frequency. 6. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (12) mit einem Speicher (ROM) versehen ist, in dem den unterschiedlichen Kältebedarfswerten zugehörige Werte für Frequenz und/ oder Spannung abgelegt sind.6. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the control electronics ( 12 ) is provided with a memory (ROM) in which the different cooling demand values associated values for frequency and / or voltage are stored. 7. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichter (8) über eine Halbbrücke (D1, C1, D2, C2) aus der Netzspannung gleichgerichtete positive und negative Spannungen erzeugt und von der Steuerelektronik (12) gesteuerte elektronische Schalter (S1, S2) des Umrichters (8) aus diesen Spannungen die jeweilige Frequenz erzeugen.7. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the converter ( 8 ) via a half bridge (D1, C1, D2, C2) generates rectified positive and negative voltages from the mains voltage and by the control electronics ( 12 ) controlled electronic switches ( S1, S2) of the converter ( 8 ) generate the respective frequency from these voltages.
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