DE2148280B2 - Electronic AC motor power control for ventilator motor - uses null point switching to avoid radio and acoustic noise - Google Patents

Abstract

A device performs a temp. dependent electronic power regulation of AC ventilation motors for temp. control and air conditioning devices. It is designed to avoid the problems associated with phase gating power variation of radio interference, acoustic noise, and power switch cooling. The operating current of the ventilator motor (11) is switched at a temp. dependent frequency using a null point switch controlled by a room temp. sensor so that the off time of the current is always only one oscillation period of the supply voltage. Alternatively, the switched time of the operating current is a whole number multiple of the period.

Description

3333

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur temperaturabhängigen elektronischen Leistungsregelung von Ventilator motoren für Wechselstrom, insbesondere für Heiz- und Klimageräte.The invention relates to a device for temperature-dependent electronic power control of fan motors for alternating current, in particular for heating and air conditioning devices.

Um die Trägheit eines geregelten Heiz- oder Kühlsystems innerhalb eines bestimmten Raumes zu reduzieren, ist als ein wirksames Mittel die Zwangsbelüftung bekannt. Diese Maßnahme bewirkt zudem ein geringeres Tempeniiturgefälle im klimatisierten Raum und reduziert damit den Aufwand für Heizung oder Kühlung.To increase the inertia of a regulated heating or cooling system within a certain room Forced ventilation is known to be an effective means of reducing this. This measure also causes a lower temperature gradient in the air-conditioned room and thus reduces the effort for heating or cooling.

Die konstante volle Drehzahl der Ventilatormotoren hat den Nachteil eines permanent hohen Geräuschpegels, und bezüglich der Raumtemperatur an einer Bedienungseinheit iüt keine Flexibilität vorhanden. Eine manuelle Stufenschaltung der Ventilatordrehzahl zur Raumklimatisierung ist unpraktisch und stellt außer der möglichen Herabsetzung des Geräuschpegels nur wenig Fortschritt dar. Dagegen genügt die stufenlose, temperaturabhängige Drehzahlbeeinflussung von Ventilatormotoren durch das Phasenanschnittverfahren den Forderungen einer verbesserten Klimatisierung. Dieses Verfahren hat den Nachteil, insbesondere Funkstörungen zu verursachen, die nur mit besonderem Entstörungsaufwand zu begrenzen sind. Diese Maßnahmen biiden außerdem mit sieigchder Ventilationsleistung oft akustische Störquellen. Für den Leistungsschalter sind besondere Kühlmittel als weiterer Aufwand erforderlich. The constant full speed of the fan motors has the disadvantage of a permanently high noise level, and with regard to the room temperature on a control unit there is no flexibility. One manual step switching of the fan speed for air conditioning is impractical and also provides the possible reduction of the noise level represents little progress. On the other hand, the stepless, temperature-dependent speed influencing of fan motors by the phase control method Demands for improved air conditioning. This method has the disadvantage of radio interference in particular which can only be limited with special interference suppression efforts. These measures They also often have poor ventilation performance acoustic sources of interference. 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 des Nullpunktschaltens tritt. Eine z. B. temperaturabhängige Leistungsabgabe eines Motors kommt dadurch zustande, daß der Motorstrom im Nulldurchgang in Form sogenannter Wellenpakete variabler Dauer mit variablen Pausen geschaltet wird. Für einen Ventilator zur Raumklimatisierung ist diese Regelung jedoch viel grober als bei der Verwendung des Phasenanschnittverfahrens. In vielen Fällen wirkt bei längeren Leistungspausen die Schaltfrequenz akustisch störend.As is known, both disadvantages are largely avoided if the phase control method is used instead the process of zero point switching occurs. A z. B. temperature-dependent power output of an engine comes about because the motor current in the zero crossing in the form of so-called wave packets variable duration is switched with variable pauses. For a fan for air conditioning, this is However, regulation is much more coarse than when using the phase control method. In many cases it works the switching frequency is acoustically disruptive during longer breaks in performance.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine temperaturabhängige, elektronische Leistungsregelung von Ventilatormotoren für Wechselstrom, insbesondere für Heiz- und Klimageräte, zu schaffen, die die Nachteile des Phasenanschnittverfahrens vermeidet, aber die Lüftungsleistung 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 power control of fan motors for alternating current, especially for heating and air conditioning equipment, to create the disadvantages of the phase control method, but affects the ventilation performance so finely that it does Requirements for an improved air conditioning largely corresponds, similar to the stepless Regulation and thus also acoustically subjectively does not have a disturbing effect as far as possible.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der Betriebsstrom des Ventilatormotors über eine mit einem Raumtemperaturfühler beeinflußte Nullpunktschaltung mit einer temperaturabhängigen Frequenz geschaltet wird, wobei die Abschaltzeit immer nur eine Schwingungsperiode der Netzspannung beträgt. Durch diese Anordnung erzielt man eine feinstufige Lüftungsregelung, die keine besonderen Entstörmaßnahmen benötigt Darüber hinaus erhält man beim Betrieb des Ventilatormotors trotz der über die Temperatursteuerung hervorgerufenen unterschiedlichen Drehzahlen subjektiv ein gleichmäßiges Ventilationsgeräusch, da die Abschaltzeit des Motors jeweils nur eine Schwingungsperiode der Netzspannung beträgt Schließlich ist eine solche Steuerung besonders auf die Leistungskennlinien von Ventilatoren abgestimmt, da die mittlere Ventilatorleistung annähernd im linearen Zusammenhang mit den Schaltfrequenzstufen »n« des Ventilatormotors stehtThe object of the invention is achieved in that the operating current of the fan motor via a with a room temperature sensor influenced zero point switching with a temperature-dependent frequency is switched, whereby the switch-off time is always only one oscillation period of the mains voltage. By this arrangement results in a finely stepped ventilation control that does not require any special interference suppression measures In addition, one receives when operating the fan motor despite the over the temperature control caused different speeds subjectively a uniform ventilation noise, since the The motor switch-off time is only one oscillation period of the mains voltage Such control is especially tailored to the performance characteristics of fans, as the average fan output approximately in a linear relationship with the switching frequency levels »n« of the fan motor stands

Mit Vorteil beträgt die Schaltperiode des Betriebsstromes i'b ein ganzzahliges Vielfaches einer Schwingungsperiode der Netzspannung. Zweckmäßig verläuft die zeitliche Abhängigkeit des Ventilatormotorbetriebstromes i'b in verschiedenen Schaltfrequenzstufen n, die sich nach der Reihe (1 -Mn) · 100 unterscheiden, für = 1 bis 00 in Prozent der Einschaltdauer «0,1,2 ..., bezogen auf die Schaltperiode 7o, 1,2... ■The switching period of the operating current i'b is advantageously an integral multiple of an oscillation period of the mains voltage. The time dependency of the fan motor operating current i'b expediently runs in different switching frequency steps n, which differ according to the series (1 -Mn) · 100, for = 1 to 00 in percent of the duty cycle «0,1,2 ..., based on the switching period 7o, 1,2 ... ■

Da längere Schaltpausen der Ventilation akustisch als störend empfunden werden, orientiert sich die Abstufung an einer zweckmäßigen Mindestabschaltdauer für einen Wechselstrommotor (eine Schwingungsperiode fo der Netzspannung). Die Kompressibilität der Luft führt schon nach kurzem Luftweg zu einem ausreichend gleichmäßigen Luftstrom, vor allem bei Leistungseinheiten bis 50 W, wie sie z. B. in Klimatruhen für Wohnräume eingesetzt werden. Bei größeren Motorleistungen ist in der Regel auch der Luftweg verlängert, so daß auch hier die Ventilationsakustik im Hinblick auf Schaltvorgänge kaum als störend empfunden wird.Since longer switching pauses in the ventilation are acoustically annoying, the gradation is based an appropriate minimum switch-off period for an AC motor (an oscillation period fo the mains voltage). The compressibility of the air leads to a sufficient airway after a short air passage even air flow, especially with power units up to 50 W, as they are e.g. B. in air conditioning for Living spaces are used. With greater engine power, the air path is usually also lengthened, see above that here too the ventilation acoustics are hardly perceived as disturbing with regard to switching processes.

Die Staffelung der Frequenzstufen η erfolgt zunächst grob (n = 1 ... 0% Einschaltdauer, bei η = 2 ... 50%, bein = 3...66,6%,bei π = 4...75%,bei π = 5.. 80% usw.) und verlauft zur vollen Ventilationsleistung immer feinstufiger. Die mittlere Drehzahl des Ventilators verläuft etwa proportional zu den Schaltfrequenzen n. Andererseits steigert sich die VentilationsleistungThe graduation of the frequency levels η is initially roughly (n = 1 ... 0% duty cycle, with η = 2 ... 50%, bein = 3 ... 66.6%, with π = 4 ... 75%, at π = 5 .. 80% etc.) and progresses more and more finely to full ventilation performance. The mean speed of the fan is roughly proportional to the switching frequencies n. On the other hand, the ventilation performance increases

bezüglich der Drehzahl annähernd quadratisch. Resultierend ergibt sich bezüglich der Ventilationsleistung ein annähernd linearer Zusammenhang mit den Schaltfrequenzstufen η des Ventilatormotors. Die Schaltfrequenzstufe η = 2 unterscheidet sich in Drehzahl und Lüftungsleistung subjektiv wesentlich von der vollen Leistung bei π = «>.approximately quadratic with respect to the speed. As a result, there is an approximately linear relationship with the switching frequency levels η of the fan motor with regard to the ventilation output. The switching frequency stage η = 2 differs subjectively in terms of speed and ventilation performance from the full performance at π = «>.

Vorzugsweise 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 Zündspannungen für beide .,teuerbaren Gleichrichter ein gemeinsames Bezugspotential haben.The switching output stage preferably consists of a rectifier bridge, the DC branch A, B of which is short-circuited, a controllable rectifier with a diode being connected in anti-parallel and the ignition voltages for both, expensive rectifiers having a common reference potential.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert Diese zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwarThe invention is explained in more detail with reference to the figures, which show an exemplary embodiment of FIG Invention, namely

F i g. 1 die zeitliche Abhängigkeit des Ventilatormotorbetriebstromes i_B für verschiedene Schaltfrequenzstufen n, F i g. 1 the time dependency of the fan motor operating current i _B for different switching frequency levels n,

Fig.2 ein schematisches Blockschaltbild der insgesamt erforderlichen Schaltung und2 shows a schematic block diagram of the total required circuit and

F i g. 3 ein Schaltbild mit der Schaltendstufe 5.F i g. 3 a circuit diagram with the switching output stage 5.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Verlauf der zeitlichen Abhängigkeit des Ventilatormotorbetriebsstromes /ßfür verschiedene Schaltfrequenzstufen η dargestellt, die sich nach der ReiheIn Fig. 1, the basic course of the time dependency of the fan motor operating current / ß is shown for different switching frequency stages η , which follow one another

100100

unterscheiden für η = 1 bis oo in Prozent der Einschaltdauer fo. 1.2. bezogen auf die Schaltperiode 7o. 1.2.. .· differentiate for η = 1 to oo in percent of the duty cycle fo. 1.2. based on the switching period 7o. 1.2 ... ·

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, beträgt die Abschaltzeit U immer nur eine Schwingungsperiode ίο der Netzspannung bei allen Schaltfrequenzstufen n. As shown in FIG. 1, the switch-off time U is always only one oscillation period ίο of the mains voltage for all switching frequency stages n.

Gemäß dem schematischen Blockschaltbild der Fig.2 wird in Schaltstufe 1 ein netzsynchrones Taktsignal erzeugt, dessen Phase in 2 von der induktiven Last abhängig festgelegt wird. Das kann fest dimensioniert oder bei universellem Gebrauch geregeit geschehen. In 7 entsteht ein der Raumtemperatur analoges ίο Signal über den Temperaturfühler 8, z.B. einen NTC-Widerstand.According to the schematic block diagram of FIG. 2, a network-synchronous clock signal is generated in switching stage 1, the phase of which is determined in 2 as a function of the inductive load. This can be fixed dimensions or, if used universally, it can be done smoothly. In 7 , a ίο signal analogous to the room temperature arises via the temperature sensor 8, for example an NTC resistor.

Mit 9, z. B. einem Potentiometer, wird die gewünschte Raumtemperatur eingestellt. Das andere Signal von 7 kann in 6 je nach Heiz- oder Kühlbetrieb z. B. eines Klimagerätes umgekehrt werden.With 9, e.g. B. a potentiometer, the desired room temperature is set. The other signal from 7 can in 6 depending on the heating or cooling operation z. B. an air conditioner are reversed.

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 Schahendstufe 5 im Schaltkreis des Motors 11, zu dem zur Unterdrückung schädlicher Induktionswirkungen auch das Dämpfungsmittel 10, z. B. eine /?C-Kombination gehört.Circuit 3 converts the clock and analog signal into a digital ignition signal, which enables switching in the zero crossing of the motor current guaranteed. The ignition device 4 ignites the controllable rectifier, z. B. thyristors, in the Schahendstufe 5 in the circuit of the motor 11, to the detrimental to the suppression Induction effects also the damping means 10, for. B. heard a /? C combination.

Die Schaltendstufe 5 besteht nach F i g. 3 aus einer Gleichrichterbrücke, deren Gleichstromzweig A, B kurzgeschlossen ist, wobei jeweils ein steuerbarer Gleichrichter Th 1, ThI mit einer Diode Di, D2 antiparallel geschaltet ist und die Zündspannungen an den Punkten C, D für beide steuerbaren Gleichrichter 77i 1, 77)2 ein gemeinsames Bezugspotential haben. Im Wechselstromzweig der Brücke liegt die Serienschaltung von Netzspannung mit U mit dem Motor U, dem das Dämpfungsmittel 10 parallel geschaltet ist.The switching output stage 5 consists of FIG. 3 from a rectifier bridge, the DC branch A, B of which is short-circuited, a controllable rectifier Th 1, ThI being connected in anti-parallel with a diode Di, D2 and the ignition voltages at points C, D for both controllable rectifiers 77i 1, 77) 2 have a common reference potential. In the AC branch of the bridge there is the series connection of mains voltage with U with the motor U, to which the damping means 10 is connected in parallel.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Einrichtung zur temperaturabhängigen, elektronischen Leistungsregelung von Ventilatormotoren für Wechselstrom, insbesondere für Heiz- und Klimageräte, dadurch gekennzeichne·, daß der Betriebsstrom (ie)des Ventilatormotors (11) über eine mit einem Raumtemperaturfühler (8) beeinflußte Nullpunktschaltung mit einer tempera- ι ο turabhängigen Frequenz geschaltet wird, wobei die Abschaltzeit (t_A) immer nur eine Schwingungsperiode (to) der Netzspannung beträgt. 1. Device for temperature-dependent, electronic power control of fan motors for alternating current, in particular for heating and air conditioning devices, characterized in that the operating current (ie) of the fan motor (11) is controlled by a room temperature sensor (8) with a temperature ο the speed-dependent frequency is switched, whereby the switch-off time (t _A ) is always only one oscillation period (to) of the mains voltage. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltperiode (T₀,_im2 ...) des Betriebsstromes (i'b) ein ganzzahliges Vielfaches einer Schwingungsperiode (to) der Netzspannung beträgt _{2. Device} according to claim 1, characterized in that the switching period (T ₀ , im2 ...) of the operating current (i'b) is an integral multiple of an oscillation period (to) of the mains voltage 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Schaltfrequenzstufen von π = 2 bis 50 die Ventilationsleistung etwa linear wächst.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that with the switching frequency levels of π = 2 to 50, the ventilation power increases approximately linearly. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltendstufe (5) aus einer Gleichriichterbrücke besteht, deren Gleichstromzweig (A- V)kurzgeschlossen ist, wobei jeweils ein steuerbarer Gleichrichter (Th t, 77» 2) mit einer Diode (DX, D 2) antiparallel geschaltet ist und die Zündspannungen an den Punkten (C, D) für beide steuerbaren Gleichrichter (Th 1, Th 2) ein gemeinsames Bezugspotemtial haben.4. Device according to claim 1 or following, characterized in that the switching output stage (5) consists of a rectifier bridge whose direct current branch (A- V) is short-circuited, with a controllable rectifier (Th t, 77 »2) with a diode ( DX, D 2) is connected anti-parallel and the ignition voltages at points (C, D) for both controllable rectifiers (Th 1, Th 2) have a common reference potential.