Zařízení pro spuštění invertorového kompresoru chladničky: princip činnosti, schéma a vylepšení

Abychom zjistili, co je to inteligentní invertorový kompresor v chladničkách LG, podívejme se, jaké další kompresory jsou v chladničkách.

Konvenční kompresor je elektrický motor, který otáčí konvenčním pístovým čerpadlem, které naopak čerpá chladivo do chladničky. Ty se nacházejí ve starých lednicích a zapínají se buď na 100% výkon, nebo na 0%. To vede ke změnám teploty uvnitř komor chladničky.

Lineární kompresor se od klasického kompresoru liší tím, že jeho výroba nevyžaduje elektromotor. Místo toho je zde elektromagnetická cívka, v jejímž jádru je instalován píst čerpadla. Lineární kompresor nemá žádné rotující části, v důsledku čehož spotřebovává méně elektřiny, je méně hlučný (na úrovni invertoru) a je levnější. Lineární kompresor může také pracovat buď na 100% výkon, nebo být zcela vypnutý. Nejběžnější je lineární kompresor. Motor se spustí kliknutím. Lineární kompresor je mnohem jednodušší a nebojí se přepětí.

Rotační kompresor je jedním z nejběžnějších typů kompresorů. Motor takového kompresoru se vyrábí bez tradičního pístu. Principem činnosti rotačního nebo šroubového kompresoru jsou dva sousední šrouby. Na vstupu je k nim přiváděno chladivo v plynném stavu. Jak se šrouby otáčejí, pumpují freon a stlačují jej. S rostoucím tlakem se zvyšuje teplota plynu. Potřebné mechaniky je dosaženo změnou mezery mezi rotorem a skříní samotného kompresoru. Rotační kompresory jsou účinnější než pístové a jsou méně hlučné. Mají ale nejkratší životnost. Nyní se jejich produkce snížila.

Pístový kompresor pracuje na základě klikového mechanismu. Jeho princip činnosti je způsoben tím, že všechny válcové prvky se pohybují translačně a cyklicky se vracejí do své původní polohy (otáčí se). Kovové válce pístových invertorových kompresorů jsou odolné a spolehlivé.

Model chladničky se spirálovým kompresorem se liší od ostatních. Princip fungování v tomto modelu je následující: chladivo je stlačeno v důsledku pohybu jedné spirály uvnitř druhé. Takové kompresory mohou pracovat prakticky bez hluku nebo vibrací. Problém spirálových kompresorů je v tom, že se obtížně opravují. Spirály jsou umístěny v utěsněné komoře, přístup k nim je obtížný. Takové kompresory se používají ve vysoce výkonných chladničkách a mrazničkách a automobilových klimatizacích.

Modely s konvenčním kompresorem startují na maximální výkon, což vytváří další hluk. K automatickému vypnutí dojde, jakmile chladnička dosáhne nastavené teploty. Relé reguluje činnost kompresoru v době spuštění a zastavení. Když kompresor běží, vytváří zvuky a zvuky, které mohou ostatní jasně slyšet. Startování motoru na plný výkon se střídá se zastaveními; tato frekvence vede k přehřátí kompresoru. A v důsledku toho zařízení selže. Také při zapnutí motoru se zvyšuje zatížení elektrické sítě. Objevují se nadměrné náklady na energii.

Každá moderní kuchyně má potřebnou sadu domácích spotřebičů, ve kterých hraje lednička důležitou roli. Aby chladnička fungovala mnoho let, měli byste ji pečlivě vybírat. Dnešní chladničky se velmi liší od těch, které se vyráběly před několika desítkami let, a hlavním rozdílem mezi zařízením je kompresor. Kompresor v lednici je jeho srdcem. Kromě obvyklého kompresoru chladničky existuje další typ – invertorové kompresory. Chcete-li udělat správnou volbu a koupit kvalitní vybavení, musíte se seznámit s funkcemi, principem fungování zařízení a také s výhodami a nevýhodami různých modelů.

Co je podstatou práce invertorových kompresorů? Provoz invertorového kompresoru je založen na řídicí jednotce zařízení, přičemž střídavý proud se přeměňuje na stejnosměrný a poté opět na střídavý. V tomto případě bude mít jinou frekvenci, která je v tomto případě nezbytná. Tento proces se nazývá inverze, to znamená, že provoz invertorového kompresoru je změnou. Provedená transformace umožňuje s velkou přesností upravit výstupní parametry libovolné zátěže.

Mnoho lidí ví, že v chladničce je kompresor, ale ne každý ví o typech takových zařízení. Domácí spotřebiče moderních výrobních technologií jsou domácí spotřebiče s invertorovým kompresorem (takové používá např. výrobní společnost LG). Takové modely zatím nejsou příliš běžné, ale taková zařízení lze již zakoupit od předních světových značek. Invertorová chladnička má podle odborníků velkou budoucnost.

Invertor v chladničce je spínací regulovaná napájecí deska, která napájí kompresor. Modely s invertorovým kompresorem (Smart Inverter) jsou jedním z nejpokročilejších zařízení z hlediska účinnosti, nemají elektromotor a mohou měnit otáčky pístu čerpadla. Lednice s invertorovým kompresorem má navíc bezklikový mechanismus, který je sám o sobě odolný – díky tomu může kompresor pracovat dlouhou dobu. Tento kompresor má nejnižší hlučnost a je dosud nejhospodárnější. Tento kompresor má nastavitelnou rychlost hřídele, což umožňuje plynule měnit otáčky motoru a vytvářet konstantní teplotu v komorách chladničky a také snižovat spotřebu energie.

Prvním výrobcem, který sestavil invertorovou chladničku, byla společnost LG. Dvou a vícekomorové modely jsou vybaveny elektronickým ovládáním, mají No Frost systém, některé jsou ovládány na dálku. Chladnička s invertorovým kompresorem poskytuje automatické nastavení teplotního režimu zařízení v 7 možnostech.

Moderní invertorová chladnička tedy může mít tři typy invertorových chladicích kompresorů: rotační, pístový, lineární. Podívejme se na každou z nich.

Rotační Invertorový kompresor je jedním z nejběžnějších typů kompresorů. Invertorový model s tímto typem kompresoru v motoru nemá tradiční píst. Potřebné mechaniky je dosaženo změnou mezery mezi rotorem a skříní kompresoru.

Píst invertorový kompresor. Je založen na klikovém mechanismu. Všechny prvky, válce, se pohybují translačně, cyklicky se vracejí do své původní polohy. Kovové válce pístových invertorových kompresorů jsou odolné a spolehlivé. Takové kompresory se nacházejí v 80-90 % invertorových chladniček. Invertorový pístový kompresor je o něco dražší než klasické pístové kompresory, ale mnohem levnější než lineární. Svou konstrukcí se tento invertorový model prakticky neliší od pístových kompresorů. Rozdíl je v tom, že rychlost otáčení hřídele v zařízení je řízena elektronickou řídicí deskou chladničky. Podle toho se mění rychlost pístu.

Lineární Invertorový kompresor je jedním z nejpokročilejších z hlediska účinnosti. Ojniční mechanismus je navíc sám o sobě odolný a zajišťuje dlouhou životnost kompresoru. Lineární invertorový kompresor má nejnižší hladinu hluku a je dosud nejhospodárnější. Lineární invertorový kompresor se používá při výrobě různých zařízení: lékařských zařízení, počítačů a při výrobě měřicích přístrojů.

Invertorová chladnička získala své jméno z principu činnosti kompresoru, tedy hlavní pohonné jednotky, která se nachází v jakémkoli zařízení tohoto typu. Jejich činnost se liší od činnosti lineárních kompresorů tím, že mohou měnit otáčky motoru. Lineární invertorový kompresor má hladký přechod z jednoho provozního režimu do druhého.

Po vynálezu lineárního invertorového kompresoru se zlepšil výkon chladničky, což zlepšilo kvalitu a dobu provozu chladicích zařízení. Invertorový kompresor může pracovat vždy, ale při různých rychlostech. Zařízení může své majitele zpočátku nepřetržitým provozem i zmást nebo vyděsit. Po nějaké době, zejména v noci, kdy nikdo neotevírá dveře chladničky, se může zařízení zpomalit na minimum nebo se úplně vypnout.

Provoz chladničky LG s lineárním invertorovým kompresorem se skládá z následujících kroků:

• Kompresor se zapne.
• Po zapnutí za provozu se teplota ve vnitřních komorách chladničky sníží (chlazení). Provoz chladničky s lineárním invertorovým kompresorem je zaměřen na zajištění konstantní teploty v komoře, to znamená, že je udržován určitý teplotní režim. Pokud dojde k výpadku proudu bez otevření dvířek, je teplota uvnitř komory udržována až 16 hodin, takže se nemusíte starat o kvalitu a čerstvost připravovaných pokrmů.
• Jakmile je nastavena určitá teplota v komoře, kompresor se nevypne, pokračuje v práci a dočasně sníží rychlost. Mraznička udržuje určitý teplotní režim.

Jak víme, domácí spotřebiče přestanou fungovat, když jsou zapnuté nebo vypnuté. Lineární invertorový kompresor běží hladce bez vypínání. Podle výrobců se elektřina v tomto případě ušetří až 40 %. Vzhledem k tomu, že lineární invertorový model kompresoru v chladničce má nízký výkon, jsou všechny mechanické části méně namáhány. V důsledku práce se snižuje opotřebení zařízení a zvyšuje se doba provozu zařízení.

Lineární invertorový model chladničky má významnou výhodu: je tichý. Během provozu je nízká hladina hluku způsobena provozem invertorového motoru při nízkých otáčkách. Kromě toho nejsou během provozu startovacího relé slyšet absolutně žádná kliknutí.

Další výhodou modelu s lineárním invertorem je konstantní teplota v prostoru chladničky. Chladnička s klasickým kompresorem má změny teploty v komorách díky tomu, že se zapíná a vypíná. Lineární invertorová chladnička udržuje konstantní teplotní režim nastavený na teplotním čidle, což vede k lepším podmínkám skladování potravin.

Hlavní výhodou této technologie je kromě nízké spotřeby energie a nízké hlučnosti, zvýšené životnosti a prodloužené záruky (výrobce LG poskytuje záruku až 10 let) přesnost udržování a rychlé úpravy teploty v komory ledničky. Kromě toho mezi nesporné výhody patří:

• Snížená spotřeba energie. Tuzemský trh nabízí širokou škálu modelů s třídou spotřeby energie „A+“ a třídou „A++“.
• Bezpečnost pro domácí elektrické sítě díky hladkému rozložení zátěže během provozu zařízení.
• Menší opotřebení díky sníženému počtu startů/zastavení.

Modely s invertorovým kompresorem mají také nevýhody: vysokou cenu a citlivost na změny napětí. Vysoká cena se zároveň vyplatí tím, že takové invertorové chladničky spotřebují při provozu méně elektřiny a mají delší životnost.

Chytrá elektronika je také velmi citlivá na kvalitu elektrické sítě. Instalace stabilizátoru napětí je pro něj prostě nezbytná. V některých domácnostech dochází poměrně často k přepětí a zařízení může být vážně poškozeno. Úbytky napětí lze snadno eliminovat připojením stabilizátoru napětí k lednici, takže invertorová lednice vydrží dlouho a bez problémů. Někteří výrobci také nabízejí modely, které mají systém Volt Control (regulace napětí), který ochrání chladničku v případě náhlého poklesu napětí. Pokud dojde k přepětí, zařízení přejde do pohotovostního režimu a poté začne pracovat samo.

Vyplatí se tedy přeplácet? Všimněte si, že levné modely chladniček jsou vybaveny standardními komponenty a dobře regulovaná lednička dělá malý hluk. Ale časté spouštění a zastavování nejenže spotřebuje o 40 % více elektřiny, ale také zničí kov, což zkracuje provozní dobu chladničky. Vibrace mohou způsobit mikrotrhlinky v obvodu a únik freonu.

Navíc náklady na opravu lineárního kompresoru s plněním chladiva nejsou levné. Proto, pokud to finanční prostředky dovolí, je lepší koupit invertorovou chladničku. Je však třeba mít na paměti, že v době instalace invertorových chladniček musí být na lince zajištěn stabilizátor. Porucha invertorových chladniček z důvodu změny parametrů v elektrické síti není zárukou.

Invertorové kompresory chladniček jsou moderní a energeticky úsporná technologie, která je široce používána v domácích spotřebičích. Jejich diagnostika a testování je však obtížné, protože nefungují z běžné sítě 220 V, ale přes řídicí desku s řídicím signálem. Pro testování kompresoru bez řídicího modulu je zapotřebí specializované zařízení, jako je generátor signálu PWM. V tomto článku se podíváme na schéma takového zařízení, analyzujeme jeho princip fungování a také navrhneme možná vylepšení.

Proč nemůžete otestovat invertorový kompresor přímo ze zásuvky?

Invertorové kompresory jsou navrženy pro provoz s nízkonapěťovým střídavým signálem generovaným deskou invertoru. Tento signál má určitou frekvenci a amplitudu, což umožňuje kompresoru pracovat v režimu plynulé změny výkonu. Pokud kompresor připojíte přímo na síť 220 V, dojde k jeho okamžité poruše, protože motor není dimenzován na takový výkon a typ napájení.

K testování kompresoru potřebujete generátor, který vytváří PWM (pulsně šířková modulace) signál s nastavitelnou frekvencí a pracovním cyklem pro simulaci činnosti řídicí desky.

Složení zařízení pro spouštění invertorového kompresoru

Zařízení se skládá z následujících součástí:

1. Mikrokontrolér (PIC12F683): poskytuje generování signálu PWM se specifikovanými parametry.
2. Tranzistory (2N3906): používá se k zesílení signálu.
3. Optočleny: zajišťuje galvanické oddělení mezi mikrokontrolérem a kompresorem, což zvyšuje bezpečnost.
4. Regulátor napětí (7805): stabilizuje napájení mikrokontroléru na 5 V.
5. Pasivní součástky (odpory, kondenzátory): zajistit stabilitu provozu obvodu.

Princip činnosti obvodu PWM generátoru

1. PWM signál: Mikrokontrolér PIC12F683 generuje pulzy PWM s frekvencí 62,5 Hz. Frekvence a pracovní cyklus signálu jsou nastaveny programově.
2. Zisk signálu: Tranzistory zesilují výstupní signál z mikrokontroléru na úroveň potřebnou pro řízení kompresoru.
3. Galvanická izolace: Optočleny chrání mikrokontrolér před vysokým napětím a zajišťují bezpečné připojení kompresoru.
4. Napájení zařízení: Generátor je napájen z externího zdroje napětí 9-12 V, které je stabilizováno na 5 V pro činnost mikrokontroléru.

Možná vylepšení schématu

1. Výměna mikrokontroléru za výkonnější: Použití STM32 nebo Arduino vám umožní přidat funkce, jako je displej pro zobrazení aktuálních parametrů PWM.
2. Nastavitelná frekvence a pracovní cyklus: Implementace regulátorů pro změnu parametrů signálu v reálném čase.
3. Vylepšené zabezpečení: Přidání dalších optočlenů k oddělení napájecích a řídicích obvodů.
4. Kompaktnost: Použití modernějších součástek, jako je SMD, zmenší velikost zařízení.

Použití alternativních mikrokontrolérů

<strong>STM32</strong>

• Umožňuje generovat PWM signály s vyšší přesností a širokým rozsahem nastavení parametrů.
• Lze použít pro komplexní testovací scénáře, jako je monitorování aktuální spotřeby.

<strong>Arduino</strong>

• Snadné programování a připojení.
• Vhodné pro rychlé prototypování zařízení.

<strong>PIC12F683</strong>

• Ekonomické řešení pro implementaci základní funkčnosti.
• Vhodné pro rozpočtová zařízení, kde je důležitá jednoduchost a spolehlivost.

<strong>Složení a činnost obvodu</strong>

Obvod je generátor PWM (pulse width modulation) založený na mikrokontroléru. PIC12F683 s přídavnými ovládacími a koordinačními prvky pro kontrolu provozu invertorových kompresorů chladničky.

<strong>1. Hlavní součásti obvodu</strong>

• Mikrokontrolér (IC1 – PIC12F683): Generuje PWM signál s nastavitelným pracovním cyklem (0-100%) na výstupu, který se používá k řízení invertorového kompresoru. Frekvence PWM je v tomto případě rovna 62,5 Hz, což odpovídá standardní pracovní frekvenci invertorových kompresorů.
• Regulace napětí (VR1): Poskytuje stabilní napájecí napětí mikrokontroléru pomocí lineárního regulátoru 78L05. Tím je zajištěno, že obvod funguje správně i při změně vstupního napětí.
• Tranzistory (T1, T2): Tranzistory 2N3906 se používají jako zesilovače a vyrovnávací stupně. Zesilují výstupní signál PWM z mikrokontroléru, aby poskytly dostatečnou úroveň signálu pro řízení optočlenů.
• Optočleny (HL1, HL2): Používají se pro galvanické oddělení mezi řídicím obvodem a výkonovou částí střídače. Tím se zabrání možnému poškození mikrokontroléru a nízkonapěťové části obvodu při vysokých napětích nebo proudech ve výkonové části.
• Rezistory a kondenzátory:
  • Rezistory (R1-R5) nastavují provozní režimy tranzistorů, omezují proud přes optočleny a zajišťují správné generování signálu.
  • Kondenzátory (C1-C3) filtrují šum a vyhlazují napájení.

  <strong>2. Princip práce</strong>

  1. Generování signálu PWM:
     • Mikrokontrolér generuje signál o frekvenci 62,5 Hz.
     • Šířka pulzu PWM je programovatelná od 0 % do 100 %, což umožňuje kompresoru simulovat různé provozní podmínky.
  2. Zisk signálu:
     • Výstupní signál z mikrokontroléru je zesílen tranzistory T1 и T2 aby se dostal na požadovanou úroveň pro optočleny.
  3. Přenos signálu přes optočleny:
     • Optočleny zajišťují přenos signálu do výkonové části obvodu invertoru (který připojíte místo řídicího modulu chladničky).
     • Galvanické oddělení zabraňuje poškození nízkonapěťové části obvodu v případě poruch.
  4. Ovládání invertorového kompresoru:
     • Signál z optočlenů je přiveden na vstup invertorového modulu, který pak řídí kompresor v souladu s dodávaným signálem.

  <strong>Proč nemohu testovat měnič přímo ze zásuvky?</strong>

  Invertorové kompresory chladniček pracují na bázi přeměny napětí ze sítě (220 V AC) na stejnosměrný proud a následně na třífázové střídavé napětí s nastavitelnou frekvencí. Zde je několik důvodů, proč se připojení přímo do zásuvky ve zdi nedoporučuje:

  1. Žádná konverze: Kompresor je navržen pro provoz s třífázovým napětím, ale v síti je k dispozici pouze jednofázová sinusovka. Přímé připojení jej poškodí.
  2. Nedostatek ochrany: Invertorové systémy mají zabudovanou ochranu proti přetížení, přepětí a přehřátí. Při připojení přímo ze zásuvky tato ochrana chybí, což může poškodit vinutí motoru.
  3. Různé parametry napětí: Invertorový kompresor vyžaduje přesně specifikované napětí a frekvenci (například 200-240 V, 50-150 Hz). Přímé připojení může způsobit přehřátí nebo zadření motoru.
  4. Počáteční okamžik: Bez ovládání se kompresor nepodaří správně nastartovat, což může poškodit i jeho mechanickou část.
  5. Elektronická část kompresoru: Kompresor může mít vestavěné řídicí desky, které jsou určeny pouze pro přizpůsobené signály z měniče.

  Závěry a doporučení

  Invertorový spouštěč kompresoru je nezbytným nástrojem pro diagnostiku chladniček s invertorovým systémem. Obvod založený na mikrokontroléru PIC12F683 je jednoduchým a cenově dostupným řešením, ale lze jej vylepšit použitím výkonnějších řadičů, jako je STM32 nebo Arduino.

  Kontrola kompresoru bez použití takových zařízení je nejen neúčinná, ale může také vést k poruše drahého zařízení. Při práci s elektrickým zařízením používejte specializovaná zařízení a dodržujte bezpečnostní opatření.

  Hodně štěstí při renovacích!