专利名称：用于制冷系统的控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及制冷系统的控制电路，其具体用于制冷器和电冰箱中，用来在所述制冷系统中控制其基本的操作功能，并保护电机免遭过热引起的破坏。
在已知的制冷系统中，密封的压缩机的操作是借助于通过机电控制装置来驱动单相感应电动机来获得的。在这些系统中，压缩机的操作和停止时间随温度的变化而限定，该温度由位于其中应用所述制冷系统的制冷器或电冰箱的每个制冷室内的合适的传感器来检测。只要所述制冷室内的温度处在预定的范围之内时，压缩机停止运行。这些系统也配备有用于密封压缩机的起动和热保护装置，通常由机电装置构成，这是由于它们简单且耐用。
现在使用的系统的一个缺点与使用在所述密封压缩机内的并且功能重复的不同的电的以及机电的装置的数量有关，这些装置还需要单独地连接和校准。因为这些装置具有可动触点，它们还产生噪声和电磁干扰。
现有系统中的另一个缺点是对电源电压的改变不敏感，这主要妨碍热保护功能，更为严重的是使电机的绝缘材料过载，并且在极端的电压条件下会使所述电机完全损坏。此外，为了执行不同于上述的其它功能，所述制冷系统需要使用增加辅助设备，这意味着需要大量的元件和电气连接，因而增加了装配成本，以及在所述接头和元件中容易发生故障。
因此，本发明的一个目的在于提供一种用于制冷系统的控制电路，其可以起动所述电机并保护所述电机和所述系统的其它元件免除由于在压缩机每一运行期间内的过热而损坏。
本发明的第二个目的在于提供一种如上所述的控制电路，其确定所述压缩机的起动以及每一运行期间的间隔，以便在各预定的所需的各操作值的范围内，保持压缩机及制冷室内部的温度。
本发明的第三个目的在于提供一种如上所述的控制电路，其还可以控制制冷系统的其它操作功能。
本发明的第四个目的在于，提供一种具有上述类型的电子系统的制冷系统，例如制冷器和电冰箱，它体积小，且不产生噪声和电磁干扰。
本发明的第五个目的在于，提供一种上述的电路，其在电源电压改变的情况下避免误动作。
这些目的是通过一种用于所述类型制冷系统的控制电路来实现的，所述制冷系统包括，一个密封压缩机的电动机，该电机有一主绕组和一辅助起动绕组，所述电路包括一个第一温度传感器，其在操作上设置于制冷室的内部，以便不断地检查制冷室内部的温度;一个第二温度传感器，其在操作上设置于靠近压缩机壳体处，以便不断地检测压缩机壳体的温度;一个电流传感器，其在操作上与馈送给压缩机的电路相串联，以便不断地检测供给电机的电流;还包括一个第一可操作的电子驱动开关，在压缩机操作的闭合操作条件下，选择性地使电源和电机的主绕组相接通，而在断开的操作条件下中断所述的接通;一个第二可操作的电子驱动开关，其在压缩机起动的闭合操作条件下，选择性地把电源和电机的起动绕组相接通，而在断开的操作条件下中断所述的接通，所述断开的操作条件是在第二电子驱动开关闭合一预定的时间间隔之后自动地获得的;一个中央处理单元，其由所述电源供电，并在操作上与第一、第二驱动开关相连接，以便随着诸传感器所检测得的温度和电流操作条件的变化，控制所述第一、第二驱动开关的操作，当被第一温度传感器检测到的制冷室内部的温度达到一预定温度范围的最大值时，所述中央处理单元指令第一和第二驱动开关都闭合，当所检测到的温度等于所述温度范围的最小值时，则指令打开第一驱动开关;当被第二温度传感器所检测到的压缩机壳体的平均温度低于最大的预定运行值时，所述中央处理单元使第一和第二驱动开关均闭合，而当所述平均温度超过所述最大值时，即使制冷室内部温度高于最小的需要值，也使第一驱动开关打开;当由电机吸收的平均电流强度，即所述电流是被电机吸取的并被电流传感器所检测，而且在一预定时间间隔内由所述中央处理单元累积的电流值，超过一最大预定操作值时，即使电机的温度处在其可接受的运行范围之内且制冷室内的温度大于最小的需要值，所述中央处理单元也指令至少打开所述驱动开关中的第一开关。
下面参照
本发明，其中图1示意地表示现有技术的用于具有热保护的制冷系统中的操作电路;
图2是根据本发明的用于制冷系统操作的系统方框图;
图3示意地表示根据本发明的具有热保护的制冷系统的操作电路;以及图4表示为了起动和运行使用外部阻抗的电动机的实施例。
按照上述的附图，压缩机的电动机被电源F起动，电源F向电机10的主绕组11和起动绕组12提供为操作所述电机10所需的交流电流。在所述制冷系统的电路中包括，与压缩机的电机10相关的热保护装置，只要其检测到所述电机10的温度增加或所述电机10的供电电路中的总电流强度“It”改变时，切断电源F加到电机10上的电压。
压缩机的热特性就是主要由其线圈代表的热原的热特性。在持续的运行条件下，线圈内的温度直接与壳体的温度成比例。这种比例性使得用来保护压缩机的电机10的热监测中，使用已知的壳体温度就足够了。然而，在电流瞬变值期间，例如在压缩机起动以及在起动失败及工作运行期间的过载情况下，所述直接的比例性就不存在了，这是因为在电机10的线圈和压缩机壳体之间的热传递比所述线圈的热积累要慢得多。在这种情况下，电机10的热保护应当借助于检测电流强度来实现，因为在这种瞬变情况下，线圈的温度随电流强度的平方而改变。
由于在电机10中发生的破坏起因于电流逐渐的增加，以及因此引起的所述电机10的线圈温度的增加，因而在所述电机10的供电电路中设置热保护装置，以便当在所述电机10中的电流或温度发生某种强度的改变时，用来检测和致动。
按照已知的技术，制冷系统包括一个电路，其包括第一、第二机电驱动开关21、22和电机起动开关23，它们有选择地和自动地实现电源F和压缩机的电机10之间的连通。在此电路中，第一机电驱动开关21是一热动开关，而第二机电驱动开关22是一热保护器件。在这种结构中，第一机电驱动开关21，借助于一温度传感器的作用，在闭合操作条件和断开操作条件之间是可操作的;闭合操作条件允许电流通过电机10，而断开操作条件则避免电流通过电机10，该温度传感器包括一安装在制冷室内部的定温器，每当该传感器检测到制冷室内部的温度分别对应于一温度范围内的最大和最小温度值时就分别实行上述操作，所述温度范围是预先确定的并且是其中采用所述制冷系统的制冷器或电冰箱的操作所需要的温度范围。
当制冷室内部温度达到所述温度范围的最大值时，第一驱动开关21闭合，借以允许总电流“It”到达电机时的主绕组11和起动绕组12，该全电流“It”等于激励电流“Ie”和压缩机的起动电流“Ip”这些分电流之和。第二驱动开关22也被闭合，从而使起动绕组12被加上起动电流Ip，借以起动压缩机并维持其运转，直到制冷室内部的温度达到上述温度范围的最小值为止。在这种情况下，温度传感器打开第一驱动开关21，从而切断加到主绕组11和起动开关23上的电压，也就是切断加到电机10上的电压。
在压缩机起动期间，到达电机10的总电流It的一部分被导向到起动开关23所在之处，而起动开关23此时处于闭合操作条件下，因而使电流通过起动绕组12。
起动开关23只在足以允许压缩机把操作起动的时间间隔(＜1秒)期间保持闭合，然后打开，并保持打开状态，直到制冷室内部的温度传感器使第一驱动开关21和起动开关23都闭合为止。
第二驱动开关22被设置于压缩机壳体之外，用来每当至少在第一驱动开关21闭合，即压缩机工作时的时间间隔期间，压缩机壳体内预先确定的被测温度条件或电流条件出现时，切断流过电机10的电路的电流循环。
按照这种结构，第二驱动开关22由一个第二温度传感器和一个电流传感器的动作来控制，该第二温度传感器位于邻近压缩机壳体外部的第二温度传感器控制，以便检测在所述壳体中的温度变化，其代表电机10的温度变化，该第二驱动开关22还由该电流传感器检测电机10的电源电路中的电流过载。
这一温度传感器(图中没有被示出)包括双金属片，靠近压缩机壳体与一压缩机电流流经的电阻相邻。通过所述电阻的过量的电流使双金属片改变，从而打开第二驱动开关22进而切断电路中的电流。
在这种结构中，当所述的第一、第二驱动开关21、22以及起动开关23闭合时，出现电机10的起动，所述的状态持续一段足以使电机被加速到其正常运行状态的时间(＜1秒)，然后起动开关23打开，保持这一状态，直到第一驱动开关21在已闭合一预定的压缩机工作时间间隔之后再次闭合。如果，在第一驱动开关21闭合的期间内，电机的温度或被电机吸取的电流遭受改变，第二驱动开关22则打开，从而切断通过该电路的电流，直到制冷系统的运行所需的条件恢复为止。即使经一驱动开关21是闭合的，所述第二驱动开关22也要保持打开。
虽然这一系统能保护压缩机免遭过热而损坏，但是所述保护是不能令人满意的，而且还存在前面提到的操作元件重复、噪声等等的不便之处。
按照本发明，如图2-4所示，所述制冷系统在电源F和压缩机电机10之间引入有第一、第二机电驱动开关40、50，它们最好是三端双向可控硅开关类型的，并且能实现所述电源F分别与压缩机的电机10的主绕组11和起动绕组12之间的选择性电气连接，所述开关由一中央处理单元(CPU)30所控制，后者由电源F馈电并且在操作上与所述驱动开关40、50相通信。
控制电路还包括一个温度和电流传感器60，其包括多个传感器，这在下面将作说明，它们把制冷系统的操作条件通知给CPU，从而确定第一、第二驱动开关40、50中的每一个的操作状态是否要改变。
在这种结构中，CPU30和第一温度传感器61交换信息，所述传感器61监测与本制冷系统相关的制冷室的内部温度，并且通知CPU30所检测到的温度是否处在按照需要事先确定的范围之内。
除第一温度传感器61之外，CPU30还与一个第二温度传感器62相通信，所述传感器62通知CPU30与所述压缩机的电机10的温度相对应的压缩机壳体的外部温度。
虽然监测制冷室的内部温度的第一温度传感器61安装在制冷器的一个隔离的内壁部份上，但由所述第一温度传感器61检测到的温度还代表了所述制冷室所处的室温的影响成分。为了补偿由于室温影响而产生的制冷室内所述温度波动，本系统包括一个第三温度传感器63，其位于制冷室的外部，用来监测所述制冷室所处的室温，并将此值通知CPU30。由第三温度传感器63检测到的正的温度变化将被所述CPU30用来校正制冷室的内部温度。CPU30然后分析这一被校正的值，从而确定是否需要起动压缩机。
与CPU30相连的另一个传感器是电流传感器64，它通知所述CPU由电机10吸取的电流是否出现与供电电路的总电流有关的任何变化。所述CPU30仍然分析电机温度的变化和供给电机电流的变化，根据由所述CPU30收到的由所述第二温度传感器62和电流传感器64发出的信息，把上述变化按时间求积分，因为这种变化为瞬时发生而不重复时，并不足以损坏整个压缩机。
为了使压缩机工作，必须为其提供典型地为其设计额定电压值(100%)的90%到110%范围内的电压。低于此电压范围的最小极限时，操作可能以欠缺方式而获得。这是由于，压缩机在起动操作时可能不能支持其所带的负荷。高于运行电压范围的上限时，就会增加电力损耗，因而增高电机10的温度。一般说来，电机10在高于或低于为压缩机所规定的运行电压范围极限运行时，会降低电机10的热保护的质量。为了监视所述的电压变化，本发明的系统还包括一个电压传感器65，它不断地通知CPU30该系统的运行电压。
当电压传感器65检测到电压改变时，CPU30对所述信息进行分析，以便对内部参数进行补偿，CPU30分析有关由电机所吸取的电流和有关壳体温度的信息，借以确保压缩机具有有效的热保护并且安全运行。如果出现电压变化大于或小于为压缩机运行所而定的理想值的情况，电压传感器65就把在系统中检测到的电压值通知给CPU30，CPU30就指令打开第一、第二驱动开关40、50，直至检测到正常电压条件为止，以便避免由瞬变值引起的线圈发热。如果在压缩机不工作的时间间隔内检测到这一电压状态偏离了事先通知给CPU30的特性时，CPU30将指令第一、第二驱动开关40、50保持打开，直到系统的理想工作条件被重新设置为止。即使是第一温度传感器61正在通知CPU30制冷室内部温度处在其上限时，也是如此。当所述电压高于事先确定的压缩机运行电压的极限时，这意味着压缩机壳体的温度已经增加，第二温度传感器62将被起动，从而打开所述第一、第二驱动开关40、50，直到重新建立起压缩机工作的安全运行条件为止。
根据对传感器60收到的信息的估算，所述CPU30按照事先其被通知的检测优选权准则，确定在第一、第二驱动开关40、50上应执行哪种操作。
按照这一准则，在正常电压情况下，如果检测到制冷室内部温度等于制冷室要求的最大温度时，第一温度传感器61将这一事实通知给CPU30，其命令闭合第一、第二开关40、50，借以使电机10的主绕组11上流过激励电流Ie，所述电机10的起动绕组12上流过起动电流Ip，从而起动压缩机。
在一段足以使电机10到达一正常操作状态的第一、第二驱动开关40、50的闭合的预定时间间隔之后，切断电源F至辅助起动绕组12的通信，而保持这一状态直到CPU30命令所述开关40、50的一个新闭合为止。
当第一开关40接到第一温度传感器61有关制冷室内部温度已达到最小温度范围的通知时，该第一开关40将被来自CPU30的指令所打开。
不过，只有当第二温度传感器62结合被电流传感器63先前收到的信息一起，检测到一个可接受的压缩机运行条件时，才发出由第一传感器61起动的使所述第一、第二驱动开关40、50闭合的指令。这一操作条件意味着压缩机壳体的平均温度低于最大允许的和先前建立的限值。如果第二温度传感器62检测到电机10的相应温度等于或高于可接受的工作温度范围，所述第一和第二驱动开关40、50将保持打开，而不依赖于CPU30所收到的任何其它信息。如果压缩机在工作，CPU30则命令中断压缩机操作的第一驱动开关40打开。
以类似的方式，若检测到由电机吸取的平均电流或电压不在理想的预建立操作范围之内，即使制冷室的温度条件要求压缩机工作且压缩机壳体的温度条件允许所述压缩机工作，该第一和第二驱动开关40、50也保持打开。如果在压缩机起作用期间应当出现电流或电压不在对应的理想操作范围间隔之内的状态，即使制冷室内部温度高于其理想温度范围最低限值，CPU30也打开第一驱动开关40。
按照图4的说明，在其元件当中，本系统可以有外部阻抗，其中一个设置在和主线圈11的绕组相连的点和与起动绕组12的绕组相连的点之间，而另一个阻抗放置在第二驱动开关50和与所述起动线圈12的绕组相连的点之间，如巴西专利申请PI8906225中那样。
权利要求
1.一种用于制冷系统的控制电路，所述的制冷系统包括一个密封压缩机的电机(10)，所述电机有一主绕组(11)和一起动副绕组(12)，所述电路包括第一温度传感器(61)，其在操作上位于制冷室的内部，用来持续地检测制冷室内部的温度；第二温度传感器(62)，其在操作上位于靠近压缩机壳体处，用来持续地检测压缩机壳体的温度；一个电流传感器，其在操作上与馈给所述压缩机的电路相串连，用来持续地检测被电机(10)吸取的电流，其特征在于进一步包括一个第一可操作的电子驱动开关(40)，其在所述压缩机工作的闭合操作状态下有选择地把电源(F)和电机(10)的主绕组(11)相连接，而在处于打开的操作状态下，切断所述的连接；一个第二可操作的电子驱动开关(50)，其在所述压缩机起动的闭合操作状态下有选择地把电源(F)和电机(10)的起动绕组(12)相连接，而在打开的操作状态下则切断所述的连接；所述打开操作条件是在所述第二可操作的电子驱动开关(50)闭合一确定的时间间隔之后自动获得的；一个中央处理单元(30)，其由电源(F)供电并在操作上与所述第一及第二驱动开关(40，50)相连，以便控制所述第一及第二驱动开关的操作；所述中央处理单元(30)根据由所述传感器检测到的温度和电流操作条件的变化，进行上述控制，当被第一温度传感器(61)检测的制冷室内的温度达到一预定温度范围的最大值时，所述中央处理单元(30)指令所述第一及第二驱动开关(40，50)均闭合，当检测的温度等于所述温度范围的最小值时，则指令打开第一驱动开关(40)；当被第二温度传感器(62)检测的压缩机壳体的平均温度低于最大的预定操作值时，所述中央处理单元(30)指令第一及第二驱动开关(40，50)都闭合，并且当所述平均温度超过所述最大值时，即使制冷室内的温度高于最大的需要值，也使第一驱动开关(40)打开，当被电机吸取的平均电流强度超过最大的预运行值时，即使电机(10)的温度处在其可接受的操作范围之内并且制冷室内的温度高于最小的希望值，所述中央处理单元(30)也指令驱动开关(40，50)中的至少第一个(40)打开，所述的电流是被电机(10)吸取的、被电流传感器(63)所检测到、并由所述中央处理单元(30)在一个确定的时间间隔内积分的电流。
2.如权利要求1的控制电路，其特征在于，它还包括一个第三温度传感器(63)，其在操作上设置于制冷室的外部，以便持续地把制冷室的外部温度的改变通知中央处理单元(30)，所述温度的改变被所述中央处理单元(30)用来在指令第一及第二驱动开关(40，50)闭合与打开之前校正制冷室的内部温度。
3.如权利要求2的控制电路，其特征在于，它包括一个电压传感器(64)，其在操作上与所述中央处理单元(30)相连，从而持续地把电网中电压的变化通知给所述中央处理单元(30)，使得所述中央处理单元(30)发出指令，校正由第二温度传感器(62)和被电机(10)吸取的电流的电流传感器(63)所提供的信息的内部分析参数。
全文摘要
制冷系统的控制电路，包括第一及第二温度传感器(61，62)和用于电机电流的电流传感器(63)，以及一个中央处理单元(30)。当第一温度传感器(61)检测到制冷室内部的温度对应于设计温度范围的最大值时，并且电机(10)的温度和被电机(10)吸收的电流处于其各自的希望值之内时，该CPU(30)发出指令至少选择性地使第一及第二驱动开关(40，50)闭合，第一及第二驱动开关(40，50)分别与电机(10)的主绕组(11)和起动绕组(12)相连。
文档编号H02H7/08GK1098778SQ94104969
公开日1995年2月15日 申请日期1994年4月14日 优先权日1993年4月14日
发明者马科斯·吉尔赫梅·施瓦茨 申请人:巴西船用压缩机有限公司