DE2148280C3

DE2148280C3 - Einrichtung zur temperaturabhängigen elektronischen Leistungsregelung von Ventilatomtotoren für Wechselstrom insbesondere für Heiz- und Klimageräte

Info

Publication number: DE2148280C3
Application number: DE2148280A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 5960 Olpe Zwicker
Original assignee: Pulsotronic Merten & Co Kg 5270 Gummersbach GmbH
Current assignee: Pulsotronic Merten & Co Kg 5270 Gummersbach GmbH
Priority date: 1971-09-28
Filing date: 1971-09-28
Publication date: 1978-05-03
Also published as: DE2148280A1; DE2148280B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur temperaturabhängigen elektronischen Leistungsregelung von Ventilatormotoren für Wechselstrom, insbesondere für Heiz- und Klimageräte.

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 Temperaturgefälle im klimatisierten Raum und reduziert damit den Aufwand für Heizung oder Kühlung.

Die konstante volle Drehzahl der Ventilatormotoren hat den Nachteil eines permanent hohen Geräuschpegels, und bezüglich der Raumtemperatur an einer Bedienungseinheit ist 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 bilden außerdem mit steigender Ventilationsleistung oft akustische Störquellen. Für den Leistungsschalter sind besondere Kühlmittel als weiterer Aufwand erforderlich

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

ίο des Phasenanschnittverfahrens. In vielen Fällen wirkt bei längeren Leistungspausen die Schaltfrequenz akustisch störend.

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.

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 Lüftungs-

\o regelung, 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 atinähernd im linearen Zusammenhang mit den Schaltfrequenzstufen »n« des Ventilatormotors steht.

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 (1-1/n^lOO unterscheiden, für = 1 bis oo in Prozent der Einschaltdauer /0,1.2 .... bezogen auf die Schaltperiode To. \, 2 ....

so Da längere Schaltpausen der Ventilation akustisch als störend empfunden werden, orientiert sich die Abstufung an einer zweckmäßigen Mindestabschaltdauer für einen Wechselstrommotor (eine Schwingungsperiode to 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.

Die Staffelung der Frequenzstufen η erfolgt zunächst grob (n = 1 ... 0% Einschaltdauer, bei π -= 2 ... 50%, bei /ι = 3... 66,6%, bei /7 = 4 ... 75%, bei η = 5... 80%

6s usw.) und verläuft zur vollen Ventilationsleistung immer feinstufiger. Die mittlere Drehzahl des Ventilators verläuft etwa proportional zu den Schaltfrequenzen n. Andererseits steigert sich die Ventilationsleistung

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 η = oo.

Vorzugsweise besteht die Schaltendstufe aus einer Gleichrichterbrücke, deren Gleichstromzweig A, 3 kurzgeschlossen ist, wobei jeweils ein steuerbarer Gleichrichter mit einer Diode antiparallel geschaltet ist und die Zündspannungen für beide steuerbaren Gleichrichter ein gemeinsames Bezugspotential haben.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen ein Ausführungsbeispiei der Erfindung, und zwar

F i g. 1 die zeitliche Abhängigkeit des Ventilatormotorbctriebstromes /'« für verschiedene Schaltfrequenzstufen n,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild der insgesamt erforderlichen Schaltung und

F i g. 3 ein Schaltbild mit der Schaltendstufe 5.

In F i g. 1 ist der prinzipielle Verlauf der zeitlichen Abhängigkeit des Ventilatormotorbetriebsstromes /flfür verschiedene Schaltfrequenzstufen η dargestellt, die sich nach der Reihe

KM)

unterscheiden für η = 1 bis oo in Prozent der Einschaltdauer tu ι > bezogen auf die Schaltperiode T₀.,.t. .

Wie aus F i g. ι ersichtlich, betragt die Abschaltzeit t., immer nur eine Schwingungsperiode to der Netzspannung bei allen Schaltfrequenzstufen 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 geregelt geschehen. In 7 entsteht ein der Raumtemperatur analoges

ίο Signal über den Temperaturfühler 8, z. B. einen NTC-Widerstand.

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.

Schaltung 3 setzt das Takt- und Analogsignal in ein digitales Zündsignal um, das ein Schalten im Null-Durchgang des Motorstromes gewährleistet. Die Zündeinrichtung4 zündet die steuerbaren Gleichrichter,

z. B. Thyristoren, in der Schaltendstufe 5 im Schaltkreis des Motors 11, zu dem zur Unterdrückung schädlicher Induktionswirkungen auch das Dämpfungsmiitei 10. z. B. eine RC-Kombination gehört.

Die Schaltendstufe 5 besteht nach Fig. 3 aus einer

is Gleichrichterbrücke, deren Gleichstromzweig A, B kurzgeschlossen ist, wobei jeweils ein steuerbarer Gleichrichter Th 1, 77i2 mit einer Diode Di. Dl antiparallel geschaltet ist und die Zündspannungen an den Punkten C, D für beide steuerbaren Gleichrichter

\o Th 1, ThI ein gemeinsames Bezugspotential haben. Im Wechselstromzweig der Brücke liegt die Serienschaltung von Netzspannung mit (,'mit dem Motor 11, dem das Dämpfungsmittel 10 parallel geschaltet ist.

Hierzu I Malt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur temperaturabhängigen, elektronischen Leistungsregelung von Ventilatormotoren für Wechselstrom, insbesondere für Heiz- und Klimageräte, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsstrom (is) des Ventilatormotors (11) über eine mit einem Raumtemperaturfühler (8) beeinflußte Nullpunktschaltung mit einer temperaturabhängigen Frequenz geschaltet wird, wobei die Abschaltzeit fa) immer nur eine Schwingungsperiode (to) der Netzspannung beträgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltperiode (To.\.2 ...) des Betriebsstromes (ie) ein ganzzahliges Vielfaches einer Schwingungsperiode (to) der Netzspant*ung beträgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Schaltfrequenzstufen von η = 2 bis 50 die Ventilationsleistung etwa linear wächst.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltendstufe (5) aus einer Gleichrichterbrücke besteht, deren Gleichstromzweig (A-V)kurzgeschlossen ist, wobei jeweils ein steuerbarer Gleichrichter (Th 1, Th2) mit einer Diode (DX, D2) antiparallel geschaltet ist und die Zündspannungen an den Punkten (C, D) für beide steuerbaren Gleichrichter (Th 1, Th 2) ein gemeinsames Bezugspotential haben.