DE3740767A1 - Hermetisch gekapselter kaeltekompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hermetisch ge­ kapselten Kältekompressor eines für den Einsatz in Fahrzeugen oder anderen mobilen Einrichtungen mit ei­ genem Gleichstromnetz bestimmten Kälteaggregats, wo­ bei als Antriebsmotor ein mit dem Kältekompressor in einer geschlossenen Kapsel aufgenommener Drehstrom- Asynchronmotor dient, der eine Steuereinheit mit einem an eine Gleichspannungsquelle anlegbaren Dreiphasen- Wechselrichter zum Erzeugen von Drehstrom und mit einem Frequenzwandler zum Absenken der Drehstromfrequenz unter eine bestimmte Nennfrequenz besitzt.

Aus der DE-OS 32 39 284 ist bereits ein für den oben genannten Zweck bestimmter Kältekompressor dieser Art bekannt, der mit einem Drehstrom-Asynchronmotor als Antriebsmaschine in einer nach außen hermetisch ge­ schlossenen Kapsel aufgenommen ist. Der Drehstrom- Asynchronmotor wird bei dem vorbekannten Gerät mit Frequenzwandler betrieben, der über einen Dreiphasen- Wechselrichter von einer Gleichspannungsquelle gespeist wird. Der Frequenzbereich des Wandlers reicht vom Still­ stand bis zum Nennbetrieb des Motors und die Steuerung der Drehstromfrequenz erfolgt umgekehrt proportional zur Motorlast.

Angesichts dieser Steuerung des Motors konnte trotz der naturgemäß nur begrenzten Leistungsfähigkeit der in Fahrzeugen oder ähnlichen mobilen Einrichtungen installierten Bordnetze und der für die Dimensionierung derartiger Antriebsmotoren bestehenden engen Grenzen ein gutes Anlaufverhaltens des Motors erreicht werden. Diesem Anlaufverhalten kommt bei Antriebsmotoren für Kältekompressoren von Kälteaggregaten, wie sie etwa für Fahrzeugklimaanlagen benötigt werden, insofern Bedeutung zu, als je nach Außentemperatur oder Gegen­ druck sehr hohe Anlaufmomente auftreten können.

Unbefriedigend hingegen ist, daß bei mobilen Einrich­ tungen, worunter im Sinne der Erfindung beispielsweise Land-, Luft- und Seefahrzeuge zu verstehen sind, in den Bordnetzen in aller Regel nur Batteriestrom zur Verfügung steht und bei nichtlaufenden Generatoren die Batterien beim Betrieb eines Kälteaggregats sehr schnell erschöpft sind.

Hier will die Erfindung dadurch Abhilfe schaffen, daß der Antriebsmotor des im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Kältekompressors als wahlweise an öffent­ liche Versorgungsnetze anlegbarer Mehrspannungsmotor mit wenigstens einer zusätzlichen, an die Spannung des vorgesehenen Versorgungsnetzes angepaßten Statorwick­ lung ausgelegt ist.

Ein Kälteaggregat mit einem mittels eines derartigen Motors angetriebenen Kältekompressor ist wahlweise mit Gleichstrom aus einer Batterie bzw. einem bord­ eigenen Gleichstromnetz oder mit Wechsel- bzw. Dreh­ strom aus einem öffentlichen Versorgungsnetz betreib­ bar. Beim Einsatz des Kälteaggregates in mobilen Ein­ richtungen, wie etwa Kühlfahrzeugen oder dergleichen, kommt der wahlweisen Betriebsmöglichkeit mit Netzstrom insofern Bedeutung zu, als überall dort, wo öffent­ liche Stromversorgungsnetze vorhanden sind, Netzbe­ trieb möglich ist, so beispielsweise während des Be­ und Entladens und während sonstiger Stillstandsphasen. Dadurch ist einerseits ein vergleichsweise preiswerter Betrieb erreicht und andererseits wird eine Belastung der zumeist nur leistungsschwachen bordeigenen Gleich­ stromnetze bzw. Batterien vermieden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine dieser Ausgestaltungen ist gemäß Patentanspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß den für unterschiedliche Stromarten und/oder Spannungen ausgelegten Statorwick­ lungen Schaltelemente mit Schaltkontakten zum Abtrennen der jeweiligen Einzelwicklungen von den entsprechenden Versorgungszweigen zugeordnet und daß diese Schaltelemente so gekoppelt sind, daß bei in Schließlage stehenden Kontakten des einen Schaltelements die Kontakte des anderen Schaltelements in Offenstellung stehen und mithin immer nur eine Statorwicklung an Versorgungs­ spannung anlegbar ist.

Eine andere Ausgestaltung sieht vor, daß der Antriebs­ motor neben einer Statorwicklung für den Betrieb mit aus Niederspannungs-Gleichstrom erzeugtem Drehstrom mit einer für den Betrieb an einem Einphasen-Wechsel­ stromnetz ausgelegten Statorwicklung in sogenannter Steinmetzschaltung mit einem zugeschalteten Betriebs­ kondensator ausgerüstet ist. Insbesondere können dabei die Einzelwicklungen der für den Betrieb an einem Ein­ phasen-Wechselstromnetz ausgelegten Statorwicklung in an sich bekannter Weise im Stern geschaltet sein.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann der Antriebsmotor neben einer Statorwicklung für den Betrieb mit aus Niederspannungs-Gleichstrom erzeugtem Drehstrom aber auch mit einer für den Betrieb an einem Drehstromnetz ausgelegten Statorwicklung ausgerüstet sein.

Anhand der beigefügten Zeichnung soll nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:

Fig. 1 in einer Schnittansicht einen Kältekompressor mit einem Doppelspannungsmotor als Antriebs­ maschine, die in einer hermetisch verschlossenen Kapsel aufgenommen sind, und mit einer außer­ halb der den Kompressor und den Motor aufneh­ menden Kapsel angeordneten Steuereinheit für den Motor sowie

Fig. 2 ein Schaltbild des Motors mit voneinander un­ abhängigen, jeweils im Stern geschalteten Sta­ torwicklungen für den Betrieb mit Niederspan­ nungs-Drehstrom einerseits und Wechselstrom üblicher Netzspannung andererseits.

Innerhalb der hermetisch verschlossenen Kapsel 10 sind der als Kolbenkompressor ausgebildete, hinsichtlich seines Aufbaues jedoch im einzelnen hier nicht inte­ ressierende Kältekompressor 11 und der Antriebsmotor 12 für diesen Kompressor aufgenommen. Der Rotor 13 des Antriebsmotors 12 steht mit dem Kältekompressor 11 in direkter Antriebsverbindung. Der Stator 14 des An­ triebsmotors 12 und der Kältekompressor 11 sind fest miteinander verbunden, was hier jedoch ebenfalls im einzelnen nicht interessiert. Die Gesamtanordnung aus Kältekompressor und Motor ist innerhalb der Kapsel 10 in an sich bekannter Weise mittels Stützfedern 15 be­ grenzt elastisch gelagert sowie mittels weiterer Fe­ dermittel 16 lagerichtig gehalten.

Aus der geschlossenen Kapsel 10 herausgeführt sind lediglich eine Zu- und Rückführleitung 18, 19 für das Kältemedium zu einem nicht gezeigten externen Wärme­ tauscher und die zu den Statorwicklungen 20, 21 des Motors führenden elektrischen Zu- und Rückführleitun­ gen, die unter Aufrechterhaltung der hermetischen Ab­ schließung der Kapsel 10 im Bereich besonderer Strom­ durchführungen 24, 25 durch die Kapselwand hindurch­ geführt sind, was jedoch ebenfalls hier im einzelnen nicht interessiert. Außerhalb der Kapsel sind die Zu- und Rückführleitungen zu den Statorwicklungen des Mo­ tors zu Kabeln 26, 27 zusammengefaßt, die zu der extern angeordneten Steuereinheit 30 hinführen.

Die Steuereinheit 30, die einen Dreiphasen-Wechselrich­ ter und einen Frequenzwandler umfaßt sowie für den Anschluß an Niederspannungsgleichstrom von beispiels­ weise 12 Volt ausgelegt ist, liegt über Leitungen 31, 31, an einer nicht gezeigten Batterie bzw. an einem bord­ eigenen Gleichspannungsnetz der mit einem den Kälte­ kompressor aufweisenden Kälteaggregat ausgerüsteten mobilen Einrichtung. Zwei weitere Leitungen 32, 32′ sind auf ein Wechselstromnetz von beispielsweise 220 Volt schaltbar. Schließlich ist die Steuereinheit noch mit einem im einzelnen hier nicht interessierenden Konden­ sator 33 ausgerüstet, der in bekannter Weise zum Unter­ drücken und Glätten von Störfrequenzen dient.

Der Antriebsmotor 12 ist als Doppelspannungsmotor aus­ gebildet und kann einerseits mit aus Niederspannungs- Gleichstrom gewonnenen Drehstrom und andererseits mit aus einem Einphasennetz bezogenem Wechselstrom von beispielsweise 220 Volt betrieben werden. Demgemäß ist der Stator 14 mit den bereits erwähnten, voneinander unabhängigen Statorwicklungen 20, 21 ausgerüstet, die auf die jeweils vorgesehene Betriebsspannung ausgelegt und galvanisch voneinander getrennt sind. Die Schaltung der Statorwicklungen zeigt Fig. 2.

Bei der Statorwicklung 20 handelt es sich um eine aus drei im Stern geschalteten Einzelwicklungen 35, 35′, 35′′ bestehende Drehstromwicklung, die für aus Nieder­ spannungsgleichstrom erzeugten Drehstrom von vorliegend 8,3 Volt ausgelegt ist. Die jeweils vom Sternpunkt 36 entfernten Enden der genannten Einzelwicklungen liegen über ein Schaltelement 37 mit den Schaltkontakten 38, 38′, 38′′ an den Ausgängen des in Fig. 2 nur schema­ tisch angedeuteten Dreiphasen-Wechselrichters 40 der Steuereinheit 30 und damit jeweils an einer Drehstrom­ phase 41, 41′, 41′′. Ferner veranschaulicht Fig. 2 die über einen Hauptschalter 42 mit den Schaltkontakten 43, 43′ an ein Gleichstromnetz 44, 44′ anlegbaren Ein­ gänge des Dreiphasen-Wechselrichters 40.

Die zweite Statorwicklung 21, die dem wahlweisen Be­ trieb des Motors mit 220 Volt Wechselstrom dient, be­ steht ebenfalls aus drei Einzelwicklungen 46, 46′, 46′′, die nach der sogenannten Steinmetzschaltung unter Zu­ schaltung eines Betriebskondensators 47 ebenfalls im Stern geschaltet sind. Während die vom Sternpunkt 48 entfernten Enden der beiden Einzelwicklungen 46, 46′ unmittelbar an über Schaltkontakte 49, 49′ eines Haupt­ schalters 50 an ein Wechselstromnetz 51, 51′ anlegbaren Phasen 52, 52′ liegen, ist das vom Sternpunkt 48 ent­ fernte Ende der anderen Einzelwicklung 46′′ über den bereits erwähnten Betriebskondensator 47 auf die eine Phase 52′ geschaltet. Mittels dieses Betriebskonden­ sators wird beim Anlegen der Statorwicklung an das Einphasen-Wechselstromnetz 52, 52′ bereits im Still­ stand ein Drehfeld und damit ein das Anlaufen des Mo­ tors ermöglichendes Anlaufmoment erzeugt.

Bezüglich der Statorwicklung 21 handelt es sich somit um einen Betriebskondensator-Motor, der für einen be­ stimmten Betriebspunkt symmetriert oder so abgestimmt werden kann, daß ein reines Kreisdrehfeld umläuft. Dadurch können die den Einphasenmotoren eigenen Pen­ delmomente im Betriebspunkt zum Verschwinden gebracht werden.

Beim Anlegen einer der Statorwicklungen 20, 21 an Dreh­ strom oder Einphasen-Wechselstrom muß die jeweils an­ dere Statorwicklung von ihrer Versorgungsquelle ge­ trennt sein. Insofern sind die Schaltkontakte 43, 43′ des Hauptschalters 42 zum Anlegen des Dreiphasen-Wech­ selrichters 40 an eine Gleichspannungsquelle und die Schaltkontakte 49, 49′ des Hauptschalters 50 zum An­ legen der Statorwicklung 21 an ein Einphasen-Wechsel­ stromnetz 51, 51′ in solcher Weise miteinander gekoppelt, daß beim Anliegen des Dreiphasen-Wechselrichters 40 an der Gleichstromquelle die Statorwicklung 21 von dem Einphasen-Wechselstromnetz getrennt ist und umgekehrt beim Anliegen der Statorwicklung 21 an dem Wechselstrom­ netz der Dreiphasen-Wechselrichter 40 von der Gleich­ stromquelle getrennt ist. Die Koppelung der Hauptschal­ ter 42, 50 ist in Fig. 2 bei 53 angedeutet.

Naturgemäß wird beim Betrieb des Motors infolge Beauf­ schlagung der einen Statorwicklung mit Spannung in der anderen Statorwicklung Spannung induziert. Insoweit wirkt der Motor dann als Generator. Um beim Betrieb des Motors mit Wechselstrom eine Rückwirkung der dann in den Einzelwicklungen 35, 35′, 35′′ der Drehstrom-Sta­ torwicklung 20 induzierten Spannung auf den Dreipha­ sen-Wechselrichter 40 zu unterbinden, sind zwischen den vom Sternpunkt 36 entfernten Enden der genannten Einzel­ wicklungen und den Ausgängen des Dreiphasen-Wechsel­ richters die bereits erwähnten Schaltkontakte 38, 38′, 38′′ des Schaltelements 37 angeordnet und mit zwischen dem Hauptschalter 50 des Wechselstromnetzes 51, 51′ und den vom Sternpunkt 48 entfernten Enden der Einzel­ wicklungen 46, 46′, 46′′ der anderen Statorschaltung 21 angeordneten Schaltkontakten 54, 54′ eines weiteren Schaltelements 55 in solcher Weise gekoppelt, daß beim Anliegen der Drehstromwicklung 20 am Dreiphasen-Wechsel­ richter 40 die andere Statorwicklung 21 vom Wechsel­ stromnetz und im Falle des Anliegens der letztgenann­ ten Statorwicklung am Wechselstromnetz die Drehstrom-Sta­ torwicklung vom Dreiphasen- Wechselrichter getrennt ist. Diese Koppelung der Schaltelemente 37, 55 deutet die letztere in Fig. 2 verbindende gestrichelte Linie 56 an.

Claims (5)

1. Hermetisch gekapselter Kältekompressor eines für den Einsatz in Fahrzeugen oder sonstigen mobilen Ein­ richtungen mit eigenem Gleichstromnetz bestimmten Käl­ teaggregats, wobei als Antriebsmotor ein mit dem Käl­ tekompressor in einer geschlossenen Kapsel aufgenom­ mener Drehstrom- Asynchronmotor dient, der eine Steuer­ einheit mit einem an eine Gleichspannungsquelle anleg­ baren Dreiphasen-Wechselrichter zum Erzeugen von Dreh­ strom und mit einem Frequenzwandler zum Absenken der Drehstromfrequenz unter eine vorbestimmte Nennfrequenz besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (12) für den Kältekompressor (11) als wahlweise an öffentliche Versorgungsnetze anlegbarer Mehrspannungsmotor mit wenigstens einer zusätzlichen, an die Spannung des vorgesehenen Versorgungsnetzes an­ gepaßten Statorwicklung (21) ausgelegt ist.

2. Kältekompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den für unterschiedliche Stromarten und/ oder Spannungen ausgelegten Statorwicklungen (20, 21) Schaltelemente (37, 55) mit Schaltkontakten (38, 38′, 38′′) und (54, 54′) zum Abtrennen der jeweiligen Ein­ zelwicklungen (35, 35′, 35′′) und (46, 46′, 46′′) von den entsprechenden Versorgungszweigen zugeordnet und diese Schaltelemente so gekoppelt sind, daß bei in Schließlage stehenden Kontakten des einen Schaltele­ ments die Kontakte des anderen Schaltelements in Offen­ stellung stehen und mithin immer nur eine Statorwick­ lung an Versorgungsspannung anlegbar ist.

3. Kältekompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor neben einer Sta­ torwicklung (20) für den Betrieb mit aus Niederspan­ nungs-Gleichstrom erzeugtem Drehstrom mit einer für den Betrieb an einem Einphasen-Wechselstromnetz aus­ gelegten Statorwicklung (21) mit in Steinmetzschaltung mit Betriebskondensator (47) geschalteten Einzelwick­ lungen (46, 46′, 46′′) ausgerüstet ist.

4. Kältekompressor nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einzelwicklungen (46, 46′, 46′′) der für den Betrieb an einem Einphasen-Wechselstrom­ netz ausgelegten Statorwicklung (21) in an sich be­ kannter Weise im Stern geschaltet sind.

5. Kältekompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (12) neben einer Statorwicklung (20) für den Betrieb mit aus Nieder­ spannungs-Gleichstrom erzeugtem Drehstrom mit einer für den Betrieb an einem Drehstromnetz ausgelegten Statorwicklung ausgerüstet ist.