DE2831177A1 - Static inverter supplying small compressor from battery - has PTC resistor in series with resonant circuit tuning resistor - Google Patents

Abstract

The static inverter has a PTC resistor (8) in series with the resistor (4) that determines the frequency of oscillation. Alternatively the resistor determining the frequency of oscillation may be shunted by a variable resistor in series with a PTC resistor. The two series resistors may be shunted by a triac switch that turns on and off as the voltage across the resonant circuit's coil rises and falls. The two series resistors are connected between a tapping on one primary winding of an output transformer and one pole of the battery. The ends of this primary are connected to the bases of the oscillating transistors. The inverter may be used for driving small compressors in coolers for caravans, etc.

Description

Spannungswandler (Inverter) zur Speisung von mit Wechselstrom betriebenenVoltage converter (inverter) for supplying alternating current operated

Schwingkoipressoren aus Batterie-Gleichspannung Mit Wechselstrom bettiebene Schwingkompressoren, deremechanische Eigenfrequenz mit der Frequenz der speisenden Wechselspannung übereinstimntl oder dieser benachbart ist, werden vorzugsweise für batteriebetriebene Kleinkühl geräte im Canping-Bereich, bei Wohnwagen, PKW, Bussen, Sanitäts-Fahrzeuge und bei Booten eingesetzt. Diese Geräte können wahlweise auch mit Netzspannung betrieben werden, so daß es üblich ist, die mechanische Resonanz-Frequenz der Kompressoren möglichst dicht an die Netzfrequenz zu legen.Schwingkoipressoren from battery direct voltage with alternating current bed level Vibration compressors, the mechanical natural frequency of which corresponds to the frequency of the feeding AC voltage coincides with or is adjacent to it, are preferably used for battery-operated small cooling devices in the canping area, in caravans, cars, buses, Medical vehicles and used on boats. These devices can optionally also operated with mains voltage, so it is common to use the mechanical resonance frequency of the compressors as close as possible to the mains frequency.

Bei dem vsr3ugsweise interessierenden Batteriebetrieb ist kritisch, daß die mechanische Eigenfrequenz nicht nur von der Hasse des schwingenden Systems, und der Auslegung der Schwingfedern abhängt, sondern auch von dem Verhältnis des Drucks auf der Druckseite und dem auf der Saugseite des Kompressors, d.h. vom Druckverhältnis, das je nach verwendetem Kältemittel bei hohen Umgebungstemperaturen und damit Yerflüssigungstemperaturen einerseits und tiefen Verdampfungstemperaturen durchaus Werte von 16 t l erreichen kann.In the case of battery operation, which is of particular interest, it is critical that that the mechanical natural frequency not only depends on the hatred of the oscillating system, and the design of the oscillating springs depends, but also on the ratio of the Pressure on the pressure side and that on the suction side of the compressor, i.e. the pressure ratio, Depending on the refrigerant used, this occurs at high ambient temperatures and thus liquefaction temperatures on the one hand, and low evaporation temperatures, values of 16 t l can be achieved can.

Die Schwingfrequenz steigt hierbei wegen des kürzer werdenden Hubs in der Druckphase mit größer werdendem Druckverhältnis an. Im Gegensatz zu konventionellen Kompressoren mit konstantem Hub verringert sich der Hub und damit auch der Liefergrad des Schwingkompressors gerade dann, wenn bei hohen Verfliissigungstetnperaturen, d.h. Umgebungstemperaturen, die volle Kühlleistung benötigt wird.The oscillation frequency increases because of the shorter stroke in the printing phase with increasing pressure ratio. In contrast to conventional For compressors with a constant stroke, the stroke and thus also the degree of delivery are reduced of the swing compressor especially when at high condensing temperatures, i.e. ambient temperatures that require full cooling capacity.

Nachteilig ist ferner, daß bei Herauslaifen aus der Resonanz der Schwingspulenstrom ansteigt. Hierdurch wird gerade unter den ansich ungünstigen Bedingungen bei hohen Umgebungstemperaturen die thermische Belastung der Schwingspule wegen der höheren ohm'schen Verlustleistung erheblich vergrößert. Der Wirkungsgrad sinkt und damit steigt der Batteriestroaverbrauch, der so niedrig wie möglich gehalten werden muß, damit die Batterie nicht vorzeitig entladen wird.Another disadvantage is that the voice coil current when loops out of resonance increases. This is especially under the unfavorable conditions at high Ambient temperatures reduce the thermal load on the voice coil because of the higher Ohmic power loss is increased considerably. The efficiency drops and with it the battery power consumption increases, which must be kept as low as possible, so that the battery is not discharged prematurely.

Hinzu kommt ferner, daß die Schwingfrequenz der üblicherweise verwendeten elektronischen Inverter, die aus der Batterie-Gleichspannung, die für die Schwingspule des Schwingkompressors benötigte Wechselspannung erzeugen, mit der Höhe der am Inverter liegenden Batteriespannung schwankt, d.h. bei niedriger Batteriespannung abfällt, so daß gerade bei große. Druckverhältnis, d.h. hohen Umgebungstemperaturen, wenn die volle Kühlleistung benötigt wird, es auch aus diesem Grunde eo insbesondere bei schlechtem Ladungszustand der Batterie bzw. größerem Spannungsverlust auf der Batteriezuleitung zum Inverter zu einer weiteren Kühlleistungseinbuße kommen kann.In addition, the oscillation frequency of the commonly used electronic inverter, which consists of the battery DC voltage, which is used for the voice coil generate the alternating voltage required by the vibration compressor, with the level of the inverter lying battery voltage fluctuates, i.e. drops when the battery voltage is low, so that especially at large. Pressure ratio, i.e. high ambient temperatures, if the full cooling capacity is required, it is also for this reason eo in particular if the battery is in a bad state of charge or if there is a significant loss of voltage on the Battery supply line to the inverter can lead to a further loss of cooling performance.

Es sind Inverter bekannt, die auch bei großen Schwankungen der Batteriespannung auf elektronischem Wege die Frequenz des Inverters auf einer mit der normalen mechanischen Resonansfrquenz des Schwingkompressors übereinstimzenden Frequenz konstant-halten, jedoch keine Anpassung an die vom Druckverhältnis abhängige mechanische Eigenfrequenz des Kompressors herbeiführen können.There are known inverters that work even with large fluctuations in the battery voltage electronically the frequency of the inverter at one with the normal mechanical Keep the resonance frequency of the vibration compressor constant at the same frequency, however, no adaptation to the mechanical natural frequency dependent on the pressure ratio the compressor can cause.

Ebenso sind Inverter-Schaltungen bekannt geworden (Patentanmeldung F 2514016) bei denen eine Anpassung, der die Schwingspule speisenden Rechteck-Trapez Spannung nach dem Nulldurchgang des Schwingspulenstrom erfolgt und damit eine automatische Anpassung bei Änderungen des Druckverhältnisses, allerdings mit erheblichem elektronischen Aufwand.Inverter circuits have also become known (patent application F 2514016) where there is an adaptation of the rectangular-trapezoid feeding the voice coil Voltage occurs after the voice coil current has passed zero and is therefore automatic Adjustment in the event of changes in the pressure ratio, but with considerable electronic Expenditure.

Dem gegenüber arbeitet die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung mit einer bewährten robusten Inverterschaltung. Bild 1 zeigt eine solche Inverterschaltung, in der der im Sättigungsbereich arbeitende Schwingtransformator mit 1 die beiden Leistungstransistoren mit 2 und 3, der Schwingwiderstand mit 4, der Glättungs- und Sntstörkondensator mit 5, die Diode für den Verkohlungsschutz mit 6 und der Schutzwiderstand für die Verß glungsschutzdiode mit 7 bezeichnet sind. Die erzeugte Wechselspannung hat Rechteck-Trapez-Jorm mit steiler Frontflanke. Die Frequenz wird im wesentlichen vom Schwingtransformator, ferner vom Schwingwiderstand und in geringem Umfang vom Scheinwiderstand der Schwingspule des Schwingkompressors bestimmt.In contrast, the solution proposed according to the invention cooperates a proven robust inverter circuit. Figure 1 shows such an inverter circuit, in which the oscillating transformer working in the saturation range with 1 the two Power transistors with 2 and 3, the oscillating resistor with 4, the smoothing and Interference capacitor with 5, the diode for charring protection with 6 and the protective resistor are designated by 7 for the Verß glungsschutzdiode. The generated alternating voltage has a rectangular trapezoid jorm with a steep front flank. The frequency becomes essentially from the oscillating transformer, also from the oscillation resistance and, to a lesser extent, from The impedance of the voice coil of the vibration compressor is determined.

Die Anpassung der Schwingfrequenz des Inverters an die mit dem Druckverhältnis steigende mechanische Schwingfrequenz des Kompressors erfolgt durch Vergrößern des Schwingwiderstandes 4, z.B. durch Seilenschaltung mit einem temperaturabhängigen Widerstand mit positiven Temperaturkoeffizienten (PT¢) 8, dessen WiderstAndswert sich vergrößert, wenn der Schwingspulenstrom aus der Resonanz herausläuft und ansteigt.The adaptation of the oscillation frequency of the inverter to that with the pressure ratio increasing mechanical vibration frequency of the compressor takes place by increasing the Oscillation resistance 4, e.g. by cable connection with a temperature-dependent Resistance with positive temperature coefficient (PT ¢) 8, its resistance value increases as the voice coil current drifts out of resonance and increases.

Zur besseren Anpassung der Frequenz-Qharakteri-«tik des Inverters an die Widerstands-Charakteristik des PTt kann dieser auch in Reihe mit einem Widerstand 9 parallel zum Schwingwiderstand 4 geschaltet werden.For better adaptation of the frequency characteristics of the inverter the resistance characteristics of the PTt can also be connected in series with a resistor 9 can be connected in parallel to the oscillating resistor 4.

Bei niedrigen Druckverhältnis, d.h. z.B. niedriger Umgebungstemperatur, kann bei hoher Batteriespannung, die während des Aufladens auftreten kann, die Schwingfrequenz des Inverters oberhalb der mechanischen Schwingfrequenz des Kompressors liegen und dann die beschriebene Frequenzanpassung wegen des höheren Schwingstroms zu einer weiteren Vergrößerung der Schwingfrequenz des Inverters führen, so daß diese nach höheren Frequenzen hin aus der Schwingfrequenz des Kompressors herausläuft.At a low pressure ratio, i.e. e.g. low ambient temperature, can reduce the oscillation frequency if the battery voltage is high, which can occur during charging of the inverter are above the mechanical vibration frequency of the compressor and then the described frequency adjustment because of the higher oscillating current to a further increase the oscillation frequency of the inverter, so that this after runs out of the vibration frequency of the compressor towards higher frequencies.

Dieser Fall ist ansich nicht kritisch, da gleichzeitig bei höherer Batteriespannung die Spannung an der Schwingspule ansteigt und damit der Hub des kompressors und die Kühlleistung, obwohl die Eigenfrequenz von Inverter und Kompressor nicht mehr übereinstimmen. Bei niedrigem Druckverhältnis s d.h. niedriger Umgebungstemperatur, ist dies weder ein Risiko hinsichtlich einer evtl. thermischen Überlastung der Schwingspule durch den vergrößerten Schwingspulenstrom noch hinsichtlich des Batteriestromverbrauchs, da das Gerät ja jetzt im thermostatischen Regelbereich mit kleiner relativer Einschaltzeit arbeitet.This case is not critical per se, since it is also higher Battery voltage the voltage on the voice coil increases and with it the stroke of the compressor and the cooling capacity, although the natural frequency of the inverter and compressor no longer match. At low pressure ratio s i.e. low ambient temperature, this is neither a risk with regard to a possible thermal overload of the voice coil due to the increased voice coil current in terms of battery power consumption, because the device is now in the thermostatic control range with a small relative switch-on time is working.

Aber auch dieser Fall läßt sich mit der erfindungsgeaäß vorgeschlagenen Lösung erfassens wenn ein weiterer PSarallelwiderstand 10 zum Schwingwiderstand 4 durch einen elektronischen Halbleiterschalter z.B. Triac parallel geschaltet wird der erst stromführend wird, wenn die Schwingspulenspannung bestimmte Werte überschreitet. Bei Unterschreiten eines bestimmten Wertes der Schwingspulenspannung schaltet sich in gleicher Weise der Parallelwiderstand 10 wieder automatisch ab.But this case can also be used with the one proposed by the invention Detect solution if another P parallel resistor 10 to the oscillating resistor 4 is switched in parallel by an electronic semiconductor switch e.g. Triac which only becomes live when the voice coil voltage exceeds certain values. When the voice coil voltage falls below a certain value, it switches itself on in the same way, the parallel resistor 10 automatically decreases again.

Die Schwingfrequenz des Inverters wird beim Zuschalten des Parallelwiderstandes 10 so weit abgesenkt daß dieselbe wieder ii Bereich der echsnischen Bigenfrequenz des Schwingkompressors liegt.The oscillation frequency of the inverter is increased when the parallel resistor is switched on 10 lowered so far that the same again ii range of the echsnian Bigen frequency of the swing compressor.

Claims (1)

Anspruch 1.Claim 1. Spannungswandler (Inverter) zur Speisung von mit Wechselstrom betriebenen Schwingkompressoren aus Batterie.Gleichspannung in ansich bekannter Ausführung bei Verwendung eines Schwingtras formators 1 in Verbindungs mit 2 Leistungstransistoren 2 und 3 und @@@@@@@ Schwingwiderstand 4, dadurch gekannzeichnet, daß in Reihe mit dem Frequenz mitbestimmenden Schwingwiderstand 4 ein temperaturabhängiger Widerstand 8 mit positivem Temperaturkoeffizienten geschaltet ist.Voltage converter (inverter) for supplying alternating current operated Vibrating compressors from battery. DC voltage in a known design at Use of a vibrating transformer 1 in connection with 2 power transistors 2 and 3 and @@@@@@@ oscillation resistance 4, marked by the fact that in series with the oscillating resistor 4, which also determines the frequency, is a temperature-dependent resistor 8 is connected with a positive temperature coefficient. Anspruch 2: Spannungswandler (Inverter) zur Speisung von mit Wechselstrom betriebenen Schwingkompressoren aus Batterie-Gleichspannung in ansicht bekannter Ausführung bei Verwendung eines Schwingtransbrmators i in Verbinhng mit 2 Leistungstransistoren 2 und 3 unA SEhwingwiderstand 4, dadruch gekennzeichnet, daß parallel zum Schwingwiderstand 4 ein Widerstand 9 in Reihe mit einem temperaturabhängigen Widerstand 8 mit positivem Teneraturkoeffizienten geschaltet ist.Claim 2: voltage converter (inverter) for feeding with alternating current operated vibration compressors from battery DC voltage in view of known Execution when using an oscillating transformer i in connection with 2 power transistors 2 and 3 and oscillating resistor 4, characterized by the fact that parallel to the oscillating resistor 4 a resistor 9 in series with a temperature-dependent resistor 8 with a positive one Tenerife coefficient is switched. Anspruch 3: Spannungswandler (Inverter) zur Speisung von mit Wechselstrom betriebenen Schwingkompressoren aus Iktterie.Gleichspannung in ansich bekannter Ausführung bei Verwendung eines Schwingtransformators 1 in Verbindung mit 2 Leistungstransistoren 2 und 3 und @ Schwingwiderstand 4, nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekannzeichnet, daß parallel zum Schwingwiderstand 4 ein Widerstand 10 in Reihe mit einem Halbleiterschalter 11, z.B. Triak geschaltet ist, der bei steigender Schwingspulensphainung bei einem einstellbaren Ansprechwert einschaltet bzw. wieder abschaltet.Claim 3: voltage converter (inverter) for supplying alternating current powered swing compressors from icterie. DC voltage in itself known Execution when using a vibration transformer 1 in connection with 2 power transistors 2 and 3 and oscillation resistance 4, according to claim 1 or 2, characterized in that that parallel to the oscillating resistor 4, a resistor 10 in series with a semiconductor switch 11, e.g. triac is switched, which with increasing voice coil phaining with a adjustable response value switches on or off again.