电冰箱原理2012331733735

电冰箱原理2012331733735 电冰箱原理 本文由超级葫芦兄弟贡献 为了确保电冰箱按照人们预定的要求进行工作，电冰箱内都装有电气控制系统。冰箱的电气 控制系统是通过由专门的装置组成的各个电路，来行使电冰箱的温度控制、融霜控制以及起 动、保护、照明等各项功能。一、压缩机电动机的起动与保护装置 1 (压缩机电动机 压 缩机是制冷设备的心脏，压缩机电动机为其提供原动力，将电能转换为机械能，驱动压缩机 实现制冷循环。电冰箱使用的电动机和压缩机一起密封在一个机壳中，并且长期在一定的蒸 气压力和温度下工作，因此，对电动机使用性能有着特殊的要求。这些特殊的要求分别是: ? 较大的起动转矩;? 效率高、功率因数高;? 对电压波动的适应性要好;? 化学稳定 性及耐热性要好;? 耐振动、抗冲击;? 有良好的安全性能。 家用电冰箱一般采用单相 交流异步电动机。它由定子和转子两部分组成，在定子上设两组绕组:运行绕组(亦称主绕 组) ，其端子符号一般用“M” (或“R” )表示;起动绕组(亦称副绕组) ，其端子符号一般 用“S” ;公共端用符号“C”表示。早期电冰箱压缩机中多采用四极电动机，现在则采用两 极电动机。 单相电动机由于起动方式不同，常见的起动方式可分成阻抗分相起动式 (RSIR ) ，电容起动式(CSIR ) ，电容运转式(PSC )和电容起动、运转式(CSR )四种。 电冰箱压缩机电动机一般采用 RSIR 或 CSIR 起动方式， 它们共同的特点是副绕组在电动机起 动时接通，当电动机运转稳定后断开。而空调器压缩机电动机一般采用电容运转式，即不管 电动机起动还是稳定运转，副绕组始终接通。2 (重锤式起动继电器重锤式起动继电器的结 构主要包括励磁线圈、重锤(衔铁) 、弹簧、动触点、静触点、T 形架、外壳等。 当电动机未运转时， 衔铁 1 由于重力的作用而处于下落位置， 与它相连的动触点 4 与静触点 3 处于断开状态。电动机接通电源后，电流通过运行绕组和起动器的励磁线圈 2 ，使起动器 的励磁线圈强烈磁化，磁场引力大于衔铁的重力，从而吸起衔铁，使动触点与静触点闭合。 将起动绕组的电路接通， 电动机开始运转。 随着电动机转速的加快， 当达到额定转速的 75 , 以上时，运行电流迅速减小，使励磁线圈的磁场引力小于衔铁的重力，衔铁因自重而迅速落 下，使动、静触点脱开，起动绕组的电路被切断，电动机起动过程结束。之后电动机转子在 主绕组的交变磁场作用下继续运转进人正常运行状态。 重锤式起动继电器的优点是体积较小， 可靠性强。但当电压波动较大时，容易因触点接触不良或粘连而引起电动机故障或损坏。 3 (PT C 起动继电器 PTC 是正温度系数热敏电阻英文名称的缩写。PTC 元件是以高纯度的钛 酸钡(BaTiO3) 添加微量的 Bi、Sb 等杂质烧结而成。PTC 元件无触点，电路转换时不产生 电弧和火花，并且结构简单，性能可靠，寿命长，特别适用于低电压起动，在电压降到 18OV 时，也能顺利起动，改善了电动机起动性能。不过由于 PTC 起动元件在工作时耗电为 4W 左 右，这样会使电冰箱耗电量有所上升。PTC 元件的电阻率随温度的升高而增大。在常温时电 阻值很小， 当温度上升到称为居里点 (TC ) 的某一定值 (与掺杂有关) 电阻值急剧上升。 时， 当电动机刚接通电源起动时， 由于 PTC 元件呈低阻状态， 因而起动绕组得以通过较大的电流， 于是在起动和运行绕组产生的椭圆形旋转磁场作用下，电动机起动运转。由于较大的起动绕 组电流流过班 C 元件，,使元件发热，自身温度上升。经过 0 . 35 左右即可进人 PTC 元件 的特性区，使温度超过居里点，PTC 元件的阻值随温度上升而急剧增加，呈高阻状态，使通 过起动绕组的电流迅速减少到近于截止状态，电动机进人正常运行。显而易见，PTC 元件相 当一个无触点开关，控制起动绕组中电流的“有”“无” 、 。应注意的是，电动机正常运转后， 起动绕组和叮 c 元件支路仍有一个很小的电流流过， 这个电流维持 PTC 元件自身的温度， 使 其保持高阻状态。停机后，由于 PTC 元件的热惯性，使其不能立即降温，需经过 3 -5min 温 度才能降到居里点以下，所以，采用 PTC 元件起动的电冰箱，两次起动 的时间间隔应大于 3 -5min 。4 (电动机保护装置 过电流和过热保护器又称为过载保护器，是压缩机电动机的 安全保护装置。当压缩机负荷过大或发生卡缸、抱轴等故障，以及电压过高或过低而不能正 常起动时，都要引起电动机电流增大;另外，制冷系统出现制冷剂泄漏，压缩机连续运行， 此时电动机的运行电流虽然比正常运行时的额定值低，但由于系统回气冷却作用减弱，也会 使电动机温升过高。过载保护器的作用就是当出现上述故障时切断电源，保护压缩机电动机 不被烧毁。目前，家用电冰箱和房间空调器普遍使用的是双金属，碟形保护器。它具有过电 流和过热保护双重功能，一般与起动继电器装在一起，并紧贴于压缩机壳外表面。 过载保护器由碟形双金属片，动、静触点，端子，电热丝，调节螺钉和锁紧螺母等组成， 碟形双金属片由双层金属片构成，上层金属片热膨胀系数小，下层金属片热膨胀系数大。在 正常工作状态时， 碟形双金属片处于将端子间的电路接通的位置。 如果电路中的电流因某 种原因超 过额定电流时， 电热丝即刻升温， 碟形双金属片受热向上翘曲， 使动、 静触点断开， 切断电源。电源切断后双金属片温度逐渐下降，大约十几秒钟后，双金属片复位。 如果压缩机电动机在运行过程中，运行电流正常，而压缩机壳因某种原因温度过高时，通过 热辐射或热传导，碟形双金属片也会因受热而动作，切断电路，对压缩机电动机进行保护。 碟形过载保护器的性能参数一般调定为:无电流负载时，触点断开温度为 100 - 110 ? ， 复位温度约为 70 -80 ? ;当电动机两绕组同时通电，而电动机不能起动时，过载保护器应 在 10s 内断开;当只有运行绕组接通电源，而起动绕组没接通电源，造成压缩机电动机不能 起动时，过载保护器应在 30s 内断开。 碟形过载保护器中双金属片的加热需要一定时间， 一般为 10 -15s 才会弯曲变形切断电路，而电动机的正常起动时间只有几秒，因此这种过载 保护器不会因起动申流讨大而引起误动作。出厂时，其延时断开和复位时间都已调好，在使 用与维修中不需要进行调整。 二、温度控制器电冰箱温控器的作用是通过对箱温的检测，来控制压缩机的开、停，电磁阀 的通、断，以及控制风门的大小，使电冰箱内的温度始终保持在某一预定的范围内，以达到 温控的目的。温控器主要有压力式和电子(电脑)式两大类。压力式温控器又称感温囊式温 控器，其特点是结构简单、性能稳定、价格低廉。电子(电脑)式温控器一般用负温度系数 热敏电阻(NTC )作为传感器，通过电子电路控制继电器或晶闸管达到控温目的。其特点是 机械部件少、可靠性强、控温精度高、控制方便，可以进行多门多温的复杂控制。常见的压 力式温控器有普通型、半自动融霜型(融霜复合型) 、定温复位型和风门型四种。 1 (普通型温控器。 温控器动触头是杠杆一端，杠杆另一端与接线柱相接，动触头后部有温差调节螺钉，静触头 与另一接线柱相接。温度范围调节螺钉通过杠杆上的螺母与主弹簧另一端固定于温控板上， 与调节旋钮相连的凸轮控制温控板的位置。感温管与波纹管或膜盒组成感温腔，腔内充感温 剂。 当电冰箱箱温升到一定温度时，感温腔内的感温剂因温度升高而引起体积膨胀，于是波纹管 或膜片伸长以克服主弹簧的拉力，顶动杠杆，使动、静触头闭合，接通压缩机电路，压缩机 运转，开始制冷。当箱温降到一定温度时，感温腔内感温剂体积缩小，波纹管或膜片收缩， 杠杆上主弹簧拉力使动、 静触头分开， 切断压缩机电路， 压缩机停止运转， 随着箱温的上升， 温控器又重复上述动作， 从而把箱温控制在一 定温度范围内。 箱温的调节是通过转动调温 旋钮来实现的。顺时针转动调温旋钮，箱温降低。这是由于此时调温凸轮半径变小，平衡弹 簧缩短， 加在膜片上的预压力减小， 温度较低时波纹管或膜片的伸长就足以顶动杠杆， 使动、 静触头闭合，压缩机起动。逆时针转动调温旋钮正相反，使箱温提高。2 (半自动融霜型温 控器这种温控器多用于直冷单门电冰箱，其结构如图所示。在图 a 时，融霜按钮没有按下， 因此其融霜控制板 13 右高左低，在主弹簧 6 、融霜平衡弹簧 4 、融霜弹簧 12 的共同作用 下，主架板 5 的受力点仓与感温囊 膜片力点 A 贴合。当温度升高时，膜片力点 A 的推力大 于三弹簧的合力，使主架板以 O 点为轴逆时针旋转，并带动动触点杠杆顺时针旋转，当温度 升高到某一确定值时，使动、定触点接通，压缩机及制冷系统运行;反之，压缩机不工作。 融霜时，按下融霜按钮 1 ，在传动连杆作用下，融霜控制板 13 变成左高右低，则带动主架 板 5 顺时针旋转过一角度，使得动、定触点断开，压缩机停止运行进人融霜工作状态，同时 使感温囊传动膜片力点 A 与主架板受力点口相离， 保证融霜工作的正常进行。 当箱内温度 (冷 藏室)达 10 ? 时，传动膜片的力点 A 才能重新与主架板 5 受力点 Q 相贴合，使主架板逆 时针旋转，一方面使动、定触点重新接通恢复制冷运行状态，同时使融霜控制板 13 恢复右 高左低的状态，完成一次融霜运行。3 (定温复位型温控器定温复位型温控器多用在直冷式 双门双温或单温控电冰箱中，构造与普通型温控器大体相同。这种温控器采用感温管来感应 冷藏室蒸发器温度， 它的停机温度与调温旋钮的位置有关， 开机温度固定不变， 一般为 4.5 ? 士 1.5?。 4 (风门型温控器间冷式电冰箱用风门型温控器控制冷冻室流向冷藏室的冷空气量，以控制 冷藏室的温度。风门型温控器有风道式与盖板式两种。( l )风道式风门温控器 风道式风 门温控器主要由感温腔、顶针、弹簧、圆柱齿轮、拨轮壳体等组成。由感温管绕成的感温包 装在冷藏室内或风道内。壳体上方有与圆柱齿轮相配合的螺纹，而圆柱齿轮外齿又与拨轮上 的齿配合。转动温控器的调温旋钮时，圆柱齿轮便上、下移动。 ( 2 )盖板式风门温控器盖 其感温管装在出风口附近的风道内。当冷藏室温度升高时，感 温腔伸长，推动杠杆向左移动，杠杆使盖板开度增大，增加了流人冷藏室的冷空气。当冷藏 室降温时，感温腔收缩，拉动杠杆右移，杠杆使盖板开度减少，减小了流入冷藏室的冷空气 量，这样就把冷藏室的温度控制在了一定的范围内 。 三、间冷式电冰箱定时融霜装置 1 (间冷式电冰箱定时融霜装置间冷式电冰箱定时融霜装置由定时融霜继电器及双金属融霜 停止温控器、融霜加热器和融霜保护熔断器组成。(l)定时融霜继电器定时融霜继电器又称 融霜定时器，由定时器微电机、齿轮箱、开关组和外壳等组成，是全自动定时融霜系统中的 关键部件。其作用是累计压缩机的运转时间，当压缩机连续运转 8,12h(厂时设定)后，断 开压缩机接通融霜电路。 ( 2 )双金属融霜停止温控器双金属融霜停止温控器的作用是控制融霜温度，当融霜温度达 到 13 ? 时，切断融霜电路，-5 ? 时复位。 ( 3 )融霜加热器 间冷电冰箱的融霜加热器多采用玻璃管状加热器,加热功率为 120 ,150W。 (4)融霜保护熔断器融霜保护熔断器又称温度保险丝，是为避免加热融霜超热而设置的，它 卡装在蒸发器上，直接感受蒸发器的温度变化。当双金属融霜温控器发生故障，13 ? 未跳 开时，蒸发器温度将升高，达到 65 ? 左右，串接在融霜加热器电路中的融霜保护熔断器将 自行熔断，切断加热器电路哪叙厚故的发生。融霜保护熔断器是一次性使用部件，当故障排 除后，要重新更换。2 (全自动融霜过程制冷系统重新制冷运行后，蒸发器表面温度很快下 降，当降到双金属融霜停止温控器的复位温度值(通常调整到一 5 ? )时，融霜温度控制 器触点复位，将融霜加热器重新与融霜定时器的转换接点接通，为下一次加热融霜作准备。 四、电冰箱典型电路 1 (直冷式电冰箱电路( 1 )单门直冷式电冰箱电路图是典型的单门电 冰箱电气控制电路图。该电路由温控器、保护器、压缩机、重垂式起动器、电容器、箱内照 明灯、门开关等组成。 ( 2 )双门直冷式电冰箱电路 图所示为日立双门直冷式电冰箱电气控制电路。 该电路采用 PTC 元件起动。 电路特点有两个: 一是使用了定温复位型温控器， 当压缩机工作时 (温控器 L -C 触点闭合) 管道加热器 Hl 、 ， 冷藏室加热器 H2，以及温度补偿加热器( H3 )均不工作，而当压缩机不工作时(温控器 L -C 触点跳开) ，加热器通电工作。H ，装在上蒸发器(冷冻室)和下蒸发器(冷藏室)连接处防 止管道冷冻;玩装在冷藏室蒸发器上，给下蒸发器融霜;H3 也装在冷藏室蒸发器上，起温度 补偿作用。二是安装了节电开关，目的是在冬天，当环境温度比电冰箱冷藏室温度还低 时接 通 H3 ，对冷藏室温度进行补偿，使温控器触点得以顺利闭合，而夏天则断开此开关。2 (间 冷式电冰箱电路图 所示为松下双门间冷式电冰箱的电路原理图。 压缩机通电开始运转， 此时 融霜定时器 中的微电机 Ml 与压缩机开始同步运行。 当压缩机运行了预定时间 -12h ) (8 后， 融霜定时器开关触点进行转换:触点? 断开，压缩机随之停机;触点? 接通，立即接通融 霜温控器。 由于双金属融霜温控器的内阻很小， 可忽略不计， 故把融霜定时器的微电机 Ml 短 路，电压全部加到融霜电加热器(排水电加热器与它并联)上，对蒸发器进行加热融霜。蒸 发器上的凝霜全部融完后，蒸发器的温度就上升，当上升到双金属融霜温控器的触点跳开温 度(一般为 13 ? 士 3 ? )时，触点跳开，于是切断了融霜加热器的电源，停止加热。与 此同时，融霜定时器中的微电机 M ，开始转动，带动其内部凸轮转动，使融霜定时器的开关 触点在 2 而 n 后复位，即触点? 断开，触点? 接通，压缩机重新开始运转，蒸发器的温度 逐渐下降。直至降到双金属融霜温控器的复位温度(一般为-5 ? )时，双金属融霜温控器 复位接通，为下一次融霜作好准备。这样就实现了周期性的全自动融霜控制。 温度熔丝是当双金属融霜停止温控器失效时起作用。另外，门开关有冷藏室门开关和冷冻室 门开关两个。冷藏室门开关控制冷藏室照明灯，门打开开关闭合，灯亮，反之灯灭。冷藏室 和冷冻室门开关同时控制风扇电动机，当制冷运行时，门关闭，风扇电动机工作，反之，风 扇电动机不工作。 3 (双门双控电冰箱电路 双门双控电冰箱的控制原理如图所示。当冷藏室温度升高时，冷藏室温控器的 L -C 触点接 通，电磁阀 S3 与 HI4 玩和 R5 串联，由于 S3 上的压降很小，所以电磁阀 S3 不导通。此时冷 冻室温控器触点 L -C 也接通，压缩机 Ml 得电，起动运转，制冷剂先经冷藏室循环，再经冷 冻室至压缩机循环制冷，冷藏室温度下降。指示灯 HL3、HL4 点亮。 当冷藏室温度达到设定值后，冷藏室温控器的 L -C 触点断开，S -C 触点接通，指示灯 H 玩 熄灭，电磁阀得电吸合，切换制冷剂通路。此时冷冻室温度尚未达到设定值，冷冻室温控器 L -C 继续接通，压缩机继续运行，制冷剂直接从毛细管到冷冻室蒸发器，而不再经冷藏室管 道循环，指示灯 H 蚝点亮。当达到设定温度后，冷冻室温控器触点 L -C 断开，指示灯 HI3 熄灭，压缩机停止运转。 在该电路中，如果根据需要进行速冻时，只要按下速冻开关乳即 可，此时压缩机不经任何温控器控制，直接起动运转，同时速冻指示灯 HLI 点亮，压缩机进 人制冷工作状态。 这类电冰箱的特点是: 只要冷藏室和冷冻室任意两室内的温度未达到设 ? 定值， 压缩机便不会停车; 电磁阀指挥着制冷剂何时经过冷藏室， ? 何时进人冷冻室; 双 ? 温双控冰箱冷藏室的温控器为单刀双掷的 WPF 系列， 而普通型双门电冰箱多是 WDF 系列的双 刀双掷型，使用时不能互换。 五、电冰箱电子、电脑控制及其他新技术 1 (电子电路控制的电冰箱 2 (微电脑电冰箱( l )微电脑电冰箱的特点微电脑控制电冰箱，其电路使用单片机控制。 使用单片机控制比用 lC 控制更稳定可靠， 并能实现 IC 电路无法实现的功能。 使电冰箱的运 转更安全，更合理，更节能。微电脑电冰箱所具有的独特功能是:? 可分别显示冷藏室和冷 冻室温度; 快速冷冻， ? 使压缩机连续运转 2h 后， 自动恢复正常运转， 并能中途停止速冻， 同时有指示灯作相应的指示; 自动融霜， ? 采用检测霜层厚度的融霜方法， 实现全自动融霜; ? 开门时限报警，电冰箱任一门的开门时间超过 2 -3min 时，则发出蜂鸣报警;? 过欠压 保护，当电源电压过高或过低时，指示灯亮，压缩机停转;? 延时保护，无论压缩机在什么 情况下停机，须经 3min 后才能再次起动运转。 ( 2 )温度的检测、控制、调节和显示原理单片机控制系统如图温度的检测是通过冷藏室和 冷冻室中多个温度传感器，采用多点检测取平均值的方法，分别得到两室温度的模拟电压， 经放大后送人比较器的。温度传感器由半导体 PN 结制成，灵敏度高，性能好。温度的控制 是通过比 较器上、下给定温度调节网络，调节给定温度值完成的。其中冷冻室上限温度固定 为-18 ? ，下限温度可调;冷藏室的上限温度为 4 -10 ? 可调，下限温度固定为 0 ? 。 这四个温度信号送人单片机的 27 、 、 、 脚 28 29 30 (单片机多采用应用最广的英特尔 MCS -48 的 8748 芯片) ，单片机即根据程序的安排，分别控制压缩机、风机及风门的动作(对于间冷 电冰箱) ，实现对电冰箱的温度控制。温度的显示由温度显示器 12 只发光二极管组成，可分 别显示冷藏室和冷冻室温度。箱内温度划分为 6 个温度段，每隔 3 ? 为一段。经放大器放 大修正后的温度模拟电压信号，送到显示器中，作出相应的显示。温度的调节是通过比较器 电路温度调节网络的滑动电位器，来改变给定电压，即改变压缩机和风机、风门动作点，达 到调节给定温度值的目的。 3 ) ( 全自动融霜原理通过检测霜层厚度的传感器获得融霜信号， 这个信号输人到单片机的 31 脚， 单片机首先判断是否正在速冻， 如果不是则发出控制信号， 使压缩机停转，风机和风门关闭(如间冷式冰箱) ，并使融霜加热器接通电源，融霜即开始。 融霜完毕， 检测电路发出融霜结束信号， 传到单片机的第犯脚， 此时单片机再发出控制信号， 关 断融霜加热器并使压缩机运转，3 -4min 后又起动风机，至此自动融霜过程完毕。 ( 4 )快速冷冻原理按压快速冷冻操作键，压缩机运转，指示灯亮，速冻开始，同时单片机 进行计时。在压缩机连续运转 2h 后，停止速冻，恢复正常运行。当中途要求停止速冻时， 则可再次按压同一键，速冻当即中断。( 5 )保护与报警原理当电源发生过压或欠压时，电 压检测电路即产生过压、欠压故障信号，送人单片机的 39 脚，单片机即进行停止压缩机运 转的控制，起到保护作用。当电源断电时，单片机根据检测电路送来的断电信号，判断是瞬 时停电还是超过 5min 的长时间停电，再做出复电时电冰箱开机是否需延时的决定。更重要 的是，无论在什么情况下，压缩机停转，单片机均进行计时，在 5min 内压缩机不得起动， 这就有效地保护了压缩机。这一功能无论在 IC 控制电路里，还是在普通的电冰箱保护器里 都是无法实现的。 报警功能指的是开门时限报警。 通过任一门的开关按键， 检测出开门信号， 控制风机停止运行，并进行计时。当开门时间超过 3min ，则蜂鸣器发出报警声响，以提示 使用人应该关上箱门了。 3 (模糊技术控制电冰箱( 1 )模糊与模糊控制 “模糊(FUZZY )”源于数学的模糊逻辑，有“近似”“推论”的意思。如“比较冷”“非常 、 、 冷”等用数值难以表达清楚，可凭借经验，用含糊的数据进行判断理解。把人的思维方法和 经验转换为数学表达式输人计算机，再加上传感器送来的有关信息，实现相应的自动控制， 这就是模糊控制。因此，所谓的模糊控制就是以模糊逻辑软件，再加单片机、传感器等硬件 而构成模糊控制器，这种控制再加上工业技术，就成了模糊控制系统。( 2 )模糊控制电冰 箱 模糊控制电冰箱主要是模糊控制速冻、解冻和融霜。模糊控制速冻:由传感器自动感知食品 (大小、种类、温度及冻结的难易程度所决定) ，的热容量，高效地进行各种冻结，速冻时间 可控制在 30 -13Omin 不等，不浪费冷气还能较好地保持食品的营养和味道。模糊控制半解 冻:由感温元件以秒为单位细致准确地检测出食品温度的上升情况，利用模糊理论推断出食 品的热容量特性，选择最适宜的解冻程序，解冻到微冻结状态(-3 ? 左右)就停止解冻， 自动地原样保存下来。这样做，解冻快，食品汁液流失少，并且不同的食品可控制在最适宜 的解冻状态。模糊控制的半解冻，操作十分方便，只需按起动按钮。模糊控制融霜:通过对 箱内温度门的开闭频度、运转状况的变化的检测，感知结霜状况，决定最适宜的融霜时间。 模糊融霜，有较高的 灵活性，效率高，减少箱内温度变动次数，且能节电 5 ,。( 3 )电路 原理图是三菱 MR -V33J / V35 )模糊冰箱的控制电路框图，它由呈矩阵分布的 SW 及 LED 构 成的操作盘电路和以微电脑为中心的模糊控制板电路组成。模糊推理和控制部分由微电脑 M5819 巧 P 完成。包括 1 种状态测试器信号及 4 种温度检测器信号在内的 5 个热电偶探测 信号，经分压后由 微电脑的 1 / 0 口输人， 。再由微电脑进行模糊推理，从而得到模糊控制 的依据，最终决 定压缩机、气门、风扇和融霜的运行状态。