一种输出功率自适应的制冷压缩机控制系统

摘要

一种输出功率自适应的制冷压缩机控制系统，包括有制冷压缩机及控制系统，制冷压缩机具有封闭式壳体，壳体中装有机芯总成，机芯总成具有电机，电机具有定子、转子和接线座，接线座上设有Ⅰ号、Ⅵ号和Ⅶ号接线端子，其特征是：控制系统包括PLC控制器、电流采集模块和温度采集模块以及低压控制电路，接线座上还设有Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号、Ⅴ号接线端子，所述PLC控制器与电流采集模块和温度采集模块以及低压控制电路构成通讯连接，低压控制电路与制冷压缩机构成驱动连接；本发明成本低廉、操作方便，实现了制冷压缩机三个工作状态之间的智能转换，不仅提高了制冷压缩机的工作效率，而且降低了制冷压缩机的总体能耗，缩短了制冷时间，提高了制冷效率。

权利要求

1.一种输出功率自适应的制冷压缩机控制系统，包括有制冷压缩机及控制系统，制冷压缩机具有封闭式壳体，封闭式壳体中装有机芯总成，机芯总成中包括有电机，电机具有定子、转子和接线座，接线座安装在封闭式壳体的外壁上，接线座上设有Ⅰ号、Ⅵ号和Ⅶ号接线端子；控制系统包括PLC控制器、电流采集模块和温度采集模块，PLC控制器和电流采集模块、温度采集模块构成通讯连接；其特征是：控制系统包括低压控制电路，低压控制电路与PLC控制器构成驱动连接；所述接线座上还设有Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号和Ⅴ号接线端子，所述Ⅰ号和Ⅵ号接线端子与AC220V电源的火线相连接，Ⅶ号接线端子与AC220V电源的零线相连接；

所述低压控制电路与AC220V电源相连接，由三路串联回路相互并联组成，其中第一路串联回路由继电器K1的线圈和继电器K2的常闭触点K2-1、继电器K3的常闭触点K3-1以及外控继电器KS1的常开触点KS1-1依次串联组成；第二路串联回路由继电器K2的线圈和继电器K1的常闭触点K1-1、继电器K3的常闭触点K3-2以及外控继电器KS2的常开触点KS2-1依次串联组成；第三路串联回路由继电器K3的线圈和继电器K1的常闭触点K1-2、继电器K2的常闭触点K2-2以及外控继电器KS3的常开触点KS3-1依次串联组成；其中继电器K1的常开触点K1-3串联在Ⅰ号和Ⅲ号接线端子之间，常开触点K1-4串联在Ⅱ号和Ⅳ号接线端子之间，继电器K2的常开触点K2-3串联在Ⅱ号和Ⅲ号接线端子之间，继电器K3的常开触点K3-3串联在Ⅱ号和Ⅴ号接线端子之间；所述PLC控制器与外控继电器KS1、KS2和KS3均构成驱动连接。

2.根据权利要求1所述的一种输出功率自适应的制冷压缩机控制系统，其特征是：所述温度采集模块具有PT100温度传感器，PT100温度传感器与PLC控制器构成驱动连接。

3.根据权利要求1所述的一种输出功率自适应的制冷压缩机控制系统，其特征是：所述电流采集模块具有电流互感器，电流互感器安装在AC220V电源的火线上,电流互感器内部线圈的两端通过导线与PLC控制器构成电气连接。

4.根据权利要求1所述的一种输出功率自适应的制冷压缩机控制系统，其特征是：所述定子由定子铁芯和定子绕组组成，定子绕组具有主绕组和副绕组，主绕组具有线圈A、B、C、D，其中线圈C和线圈D组成并绕线圈；线圈A的首端和末端分别与Ⅰ号和Ⅱ号接线端子相连接；线圈B的首端与Ⅲ号接线端子相连接，线圈B的中部通过引出线与Ⅴ号接线端子相连接，线圈B的末端与并绕线圈的首端相连接，并在连接点通过引出线与Ⅳ号接线端子相连接；并绕线圈的末端与副绕组的首端相连接，并在连接点设有与Ⅶ号接线端子相连接的中性线，副绕组的末端通过引出线与Ⅵ号接线端子相连接。

说明书

一种输出功率自适应的制冷压缩机控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种制冷设备的控制系统，尤其是一种输出功率自适应的制冷压缩机控制系统。

背景技术

[0002] 随着节能减排步伐的不断推进，对制冷设备的能耗要求也在的不断提升。在日常生活中，电冰箱作为一种广泛使用的制冷设备，其运行能耗的降低对节能的作用尤为重要。在制冷设备（电冰箱）中，小型全封闭制冷压缩机作为整个系统制冷工作的心脏，制冷压缩机的工作性能直接影响制冷能耗。现有的制冷压缩机具有封闭式壳体，封闭式壳体中装有机芯总成，机芯总成具有电机，电机具有定子、转子和接线座，接线座安装在制冷压缩机的全封闭式外壳上，接线座上设有三个接线端子，定子由定子铁芯和定子绕组组成，定子绕组由主绕组和副绕组组成，其中主绕组的末端和副绕组的首端直接连接在一起，并在连接点通过中性线与接线座上的接线端子相连接，而主绕组的首端和副绕组的末端分别通过引出线与接线座上的另外两个接线端子相连接。

[0003] 由此可见，由于现有的制冷压缩机内部电机的定子绕组绕线方式单一，从而使制冷压缩机具有以下缺点：制冷压缩机只有一个最佳工作效率点，而实际工作运行时，制冷压缩机的输出功率是随着外部的负荷而不断变化的，外部负荷与箱体内部的温度呈正相关。从制冷设备（电冰箱）开机拉低温到运行稳定维持低温，制冷压缩机的负载是一个从高到低的过程，即制冷压缩机的工作负荷也是一个从高到底变化的过程，而制冷压缩机无法在高负荷和低负荷时，均达到最高效率，从而导致制冷压缩机的耗电量大，工作效率低下。

[0004] 为了解决以上问题，现有的大多数制冷设备（如电冰箱、空调等）均采用变频器达到对制冷压缩机进行智能控制的目的。虽然变频器根据箱体内部的温度，控制制冷压缩机的开关机时间和通过变频控制制冷压缩机的运行速度，从而大大节约了电能的使用，但是变频器不仅占用了大量的内部空间，而且成本高，更重要的是，变频器对制冷压缩机进行变频控制，没有从根本上解决制冷压缩机只有一个最佳效率工作点的问题，从总体而言制冷压缩机没有得到最有效地利用，制冷效率不高。

发明内容

[0005] 本发明的目的就是要解决当前的制冷压缩机控制系统，采用变频器投入成本高，占用的内部空间大，同时制冷压缩机的有效利用率低，制冷效率不高的问题，为此提供一种输出功率自适应的制冷压缩机控制系统。

[0006] 本发明的具体方案是：一种输出功率自适应的制冷压缩机控制系统，包括有制冷压缩机及控制系统，制冷压缩机具有封闭式壳体，封闭式壳体中装有机芯总成，机芯总成中包括有电机，电机具有定子、转子和接线座，接线座安装在封闭式壳体的外壁上，接线座上设有Ⅰ号、Ⅵ号和Ⅶ号接线端子；其特征是：控制系统包括PLC控制器、电流采集模块和温度采集模块以及低压控制电路，PLC控制器和电流采集模块、温度采集模块构成通讯连接，低压控制电路与PLC控制器构成驱动连接；所述接线座上还设有Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号和Ⅴ号接线端子，所述Ⅰ号和Ⅵ号接线端子与AC220V电源的火线相连接，Ⅶ号接线端子与AC220V电源的零线相连接；所述低压控制电路与AC220V电源相连接，由三路串联回路相互并联组成，其中第一路串联回路由继电器K1的线圈和继电器K2的常闭触点K2-1、继电器K3的常闭触点K3-1以及外控继电器KS1的常开触点KS1-1依次串联组成；第二路串联回路由继电器K2的线圈和继电器K1的常闭触点K1-1、继电器K3的常闭触点K3-2以及外控继电器KS2的常开触点KS2-1依次串联组成；第三路串联回路由继电器K3的线圈和继电器K1的常闭触点K1-2、继电器K2的常闭触点K2-2以及外控继电器KS3的常开触点KS3-1依次串联组成；其中继电器K1的常开触点K1-3串联在Ⅰ号和Ⅲ号接线端子之间，常开触点K1-4串联在Ⅱ号和Ⅳ号接线端子之间，继电器K2的常开触点K2-3串联在Ⅱ号和Ⅲ号接线端子之间，继电器K3的常开触点K3-3串联在Ⅱ号和Ⅴ号接线端子之间；所述PLC控制器与外控继电器KS1、KS2和KS3均构成驱动连接。

[0007] 本发明中所述温度采集模块具有PT100温度传感器，PT100温度传感器与PLC控制器构成驱动连接。

[0008] 本发明中所述电流采集模块具有电流互感器，电流互感器安装在AC220V电源的火线上,电流互感器内部线圈的两端通过导线与PLC控制器构成电气连接。

[0009] 本发明中所述定子由定子铁芯和定子绕组组成，定子绕组具有主绕组和副绕组，主绕组具有线圈A、B、C、D，其中线圈C和线圈D组成并绕线圈；线圈A的首端和末端分别与Ⅰ号和Ⅱ号接线端子相连接；线圈B的首端与Ⅲ号接线端子相连接，线圈B的中部通过引出线与Ⅴ号接线端子相连接，线圈B的末端与并绕线圈的首端相连接，并在连接点通过引出线与Ⅳ号接线端子相连接；并绕线圈的末端与副绕组的首端相连接，并在连接点设有与Ⅶ号接线端子相连接的中性线，副绕组的末端通过引出线与Ⅵ号接线端子相连接。

[0010] 本发明具有以下优点：

[0011] (1)本发明通过PLC控制器、电流采集模块和温度采集模块以及低压控制电路组成的控制系统代替现有的控制制冷压缩机内部电机运行的变频器，不仅成本低廉，而且减少了制冷压缩机的外部电路对制冷设备（电冰箱）内部空间的占用，提高了市场竞争力。

[0012] (2)本发明改变了制冷压缩机只有一个最佳功率点的现状，避免了制冷压缩机在制冷设备（电冰箱）急需降温时，在一个工作点高速运转，从而带来较大的摩擦损耗，影响制冷压缩机的压缩效率和使用寿命。

[0013] (3)本发明通过控制电路实现了制冷压缩机三个工作状态之间的智能转换，不仅降低了制冷压缩机的总体能耗，提高了制冷压缩机的工作效率，而且更便于宽范围地调节制冷压缩机的制冷量，缩短了制冷设备（电冰箱）的制冷时间，提高了制冷效率。

附图说明

[0014] 图1是本发明的控制原理图;

[0015] 图2是本发明中机芯总成的结构示意图；

[0016] 图3是本发明中机芯总成在制冷压缩机内部的安装结构示意图（剖视图）；

[0017] 图4是本发明中定子绕组的第一种接线方式示意图；

[0018] 图5是本发明中定子绕组的第二种接线方式示意图；

[0019] 图6是本发明中定子绕组的第三种接线方式示意图。

[0020] 图中：1—制冷压缩机，2—封闭式壳体,3—电机，4—定子，5—转子，6—接线座，7—PLC控制器，8—电流采集模块，9—温度采集模块，10—低压控制电路，11—火线，12—零线，13—定子铁芯，14—定子绕组，15—主绕组，16—副绕组，17—线圈A，18—线圈B，19—线圈C，20—线圈D。

具体实施方式

[0021] 参见图1、图2、图3，本发明具有制冷压缩机1，制冷压缩机1包括有封闭式壳体2及控制系统，封闭式壳体2中装有机芯总成，机芯总成中包括有电机3，电机3具有定子4、转子5和接线座6，接线座6安装在封闭式壳体2的外壁上，接线座6上设有Ⅰ号、Ⅵ号和Ⅶ号接线端子；特别是，控制系统包括PLC控制器7、电流采集模块8和温度采集模块9以及低压控制电路10，PLC控制器7和电流采集模块8、温度采集模块9构成通讯连接，低压控制电路10与PLC控制器7构成驱动连接；所述接线座6上还设有Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号和Ⅴ号接线端子，所述Ⅰ号和Ⅵ号接线端子与AC220V电源的火线11相连接，Ⅶ号接线端子与AC220V电源的零线12相连接；
所述低压控制电路10与AC220V电源相连接，由三路串联回路相互并联组成，其中第一路串联回路由继电器K1的线圈和继电器K2的常闭触点K2-1、继电器K3的常闭触点K3-1以及外控继电器KS1的常开触点KS1-1依次串联组成；第二路串联回路由继电器K2的线圈和继电器K1的常闭触点K1-1、继电器K3的常闭触点K3-2以及外控继电器KS2的常开触点KS2-1依次串联组成；第三路串联回路由继电器K3的线圈和继电器K1的常闭触点K1-2、继电器K2的常闭触点K2-2以及外控继电器KS3的常开触点KS3-1依次串联组成；其中继电器K1的常开触点K1-3串联在Ⅰ号和Ⅲ号接线端子之间，常开触点K1-4串联在Ⅱ号和Ⅳ号接线端子之间，继电器K2的常开触点K2-3串联在Ⅱ号和Ⅲ号接线端子之间，继电器K3的常开触点K3-3串联在Ⅱ号和Ⅴ号接线端子之间；所述PLC控制器7与外控继电器KS1、KS2和KS3均构成驱动连接。

[0022] 本实施例中所述温度采集模块9具有PT100温度传感器，PT100温度传感器与PLC控制器7构成驱动连接，参见图1，其中PT100温度传感器安装在制冷设备（电冰箱）的内部，用于采集温度信号。

[0023] 本实施例中所述电流采集模块8具有电流互感器，电流互感器安装在AC220V电源的火线11上,电流互感器内部线圈的两端通过导线与PLC控制器7构成电气连接，参见图1。

[0024] 本实施例中所述制冷压缩机1和PLC控制器7以及低压控制电路10均安装在制冷设备（电冰箱）内部。

[0025] 参见图4、图5、图6，本实施例中所述定子4由定子铁芯13和定子绕组14组成，定子绕组14具有主绕组15和副绕组16，主绕组具有线圈A17、线圈B18、线圈C19、线圈D20，其中线圈C19和线圈D20组成并绕线圈；线圈A17的首端和末端分别与Ⅰ号和Ⅱ号接线端子相连接；线圈B18的首端与Ⅲ号接线端子相连接，线圈B18的中部通过引出线与Ⅴ号接线端子相连接，线圈B18的末端与并绕线圈的首端相连接，并在连接点通过引出线与Ⅳ号接线端子相连接；并绕线圈的末端与副绕组16的首端相连接，并在连接点设有与Ⅶ号接线端子相连接的中性线，副绕组16的末端通过引出线与Ⅵ号接线端子相连接。

[0026] 参见图1，本实施例中继电器K1、继电器K2和继电器K3在三路串联回路中，通过各自的线圈与其它两个继电器的常闭触点进行串联，实现了继电器K1、继电器K2和继电器K3之间的互锁控制，从而通过低压控制电路10和PLC控制器7、电流采集模块8以及温度采集模块9组成的控制系统实现了制冷压缩机1内部定子绕组14三种接线方式之间的智能切换，使得制冷压缩机1具有三种工作状态，这三种工作状态相互独立、互不干扰，并且在每种工作状态，制冷压缩机1均具有一个最佳的工作效率点。

[0027] 本发明的具体工作方式如下：本发明通过电流互感器和PT100温度传感器，分别采集制冷压缩机1的负荷电流信号和制冷设备（电冰箱）内部的温度信号，PLC控制器7通过内置的控制程序分析判断采集到的负荷电流信号和温度信号，从而驱动控制外控继电器KS1、KS2和KS3的工作状态。

[0028] 当外控继电器KS1吸合时，第一路串联回路中外控继电器KS1的常开触点KS1-1闭合，继电器K1的线圈得电，从而控制继电器K1的常开触点K1-3和K1-4吸合，此时制冷压缩机1的定子绕组14的接线方式为：Ⅰ号和Ⅲ号接线端子相连接，Ⅱ号和Ⅳ号接线端子相连接，即定子绕组14中主绕组15的线圈A17和线圈B18相互并联，线圈A17和线圈B18组成的并联线圈与线圈C19和线圈D20组成的并绕线圈相互串联,参见图4。

[0029] 当外控继电器KS2吸合时，第二路串联回路中外控继电器KS2的常开触点KS2-1闭合，继电器K2的线圈得电，从而控制继电器K2的常开触点K2-3吸合，此时制冷压缩机1的定子绕组14的接线方式为：Ⅱ号和Ⅲ号接线端子相连接，即定子绕组14中主绕组15的线圈A17和线圈B18相互串联，线圈A17和线圈B18组成的串联线圈与线圈C19和线圈D20组成的并绕线圈相互串联，参见图5。

[0030] 当外控继电器KS3吸合时，第三路串联回路中外控继电器KS3的常开触点KS3-1闭合，继电器K3的线圈得电，从而控制继电器K3的常开触点K3-3吸合，此时制冷压缩机1的定子绕组14的接线方式为：Ⅱ号和Ⅴ号接线端子相连接，即定子绕组14中主绕组15的线圈A17和线圈B18的中部到末端所组成的一部分线圈相互串联，并且该串联线圈与线圈C19和线圈D20组成的并绕线圈相互串联，参见图6。

[0031] 本发明采用上述控制方式实现了定子绕组14三种接线方式的智能转换，使得制冷压缩机1在不同的负载条件下，处于三种不同的工作状态，并且在每一种工作状态均取得较高的工作效率，从而大大降低了能耗。