DE60221177T2 - Diagnostisches System für Verdichter - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Diagnosesystem für einen Verdichter. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Diagnosesystem für eine Kälte- oder Klimaanlage, die verschiedene Betriebskenndaten und die „Auslöse"-Informationen des Verdichters zum Diagnostizieren der mit dem System verbundenen Probleme nutzt.
- Auf dem Gebiet gibt es eine Klasse von Maschinen, die allgemein als Scrollmaschinen bekannt sind und für die Verdrängung verschiedener Arten von Fluid verwendet werden. Diese Scrollmaschinen können als Expansionsmaschine, Verdrängungsmotor, Pumpe, Verdichter etc. ausgelegt werden, und die Merkmale der vorliegenden Erfindung sind auf jede dieser Maschinen übertragbar. Für die Zwecke der Veranschaulichung hat die offenbarte Ausführung aber die Form eines hermetischen Kältemittel-Scrollverdichters, der in einer Kälte- oder Klimaanlage verwendet wird.
- Scroll-Maschinen gewinnen vorrangig aufgrund ihres äußerst leistungsstarken Betriebsvermögens zunehmend an Beliebtheit bei der Verwendung als Verdichter in Kälteanlagen- und Klimatisierungsanwendungen. Im Allgemeinen enthalten diese Maschinen ein Paar kämmende Spiralwicklungen, wovon eine zum Orbitieren gegenüber der anderen veranlasst wird, um eine oder mehrere sich bewegende Kammern auszubilden, die zunehmend an Größe verlieren, wenn sie sich von einer äußeren Saugöffnung hin zu einer mittleren Ablassöffnung bewegen. Ein Elektromotor ist vorgesehen, der dazu dient, das orbitierende Scrollelement mittels einer geeigneten Antriebswelle anzutreiben, die am Motorrotor befestigt ist. Bei einem hermetischen Verdichter enthält der Boden des hermetischen Mantels normalerweise einen Ölsumpf für Schmier- und Kühlzwecke. Das Diagnosesystem der vorliegenden Erfindung wird zwar in Verbindung mit einem Scrollverdichter beschrieben, es versteht sich aber, dass das erfindungsgemäße Scrollsystem auch mit anderen Arten von Verdichtern verwendet werden kann.
- Herkömmlicherweise wird, wenn eine Klima- oder Kälteanlage nicht wie geplant arbeitet, ein Techniker zur Lösung des Problems vor Ort gerufen. Der Techniker führt eine Reihe von Prüfungen durch, die zum Eingrenzen des Problems des Systems beitragen. Eine der Ursachen des Systemproblems könnte der in dem System verwendete Verdichter sein. Ein defekter Verdichter weist ein gewisses Betriebsverhalten auf, das zum Detektieren der Tatsache genutzt werden kann, dass der Verdichter defekt ist. Leider können viele andere Ursachen für Systemprobleme anderen Bestandteilen des Systems zugeschrieben werden, und diese anderen Ursachen können ebenfalls die Leistung des Verdichters und sein Betriebsverhalten beeinflussen. Es ist möglich, die Probleme und das Betriebsverhalten des Systems zu analysieren und zu ermitteln, dass der Verdichter defekt ist, wenn das Problem tatsächlich woanders liegt und der Verdichter nicht das Problem ist. Diese Verwechslung von Ursachen führt meist zum Austausch eines guten Verdichters. Dieser Fehler bei der Diagnose ist kostspielig, da der Verdichter im Allgemeinen die teuerste Komponente des Systems ist. Ferner wird das Problem dadurch erschwert, dass die zugrunde liegende Ursache für das Systemproblem nicht gelöst wird und das Problem mit der Zeit wiederkommt. Jedes Instrument, das dazu beitragen kann, die oben beschriebene Fehldiagnose des Systemproblems zu vermeiden, wäre sowohl hilfreich als auch kostensparend. Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung, die die Genauigkeit der Problemdiagnose für eine Klima- oder Kälteanlage verbessert.
- Ein Großteil der bei Klima- und Kälteanlagen verwendeten Verdichter haben eingebaute Schutzvorrichtungen, die als „interne Leitungsunterbrechungsschutzeinrichtungen" bezeichnet werden. Diese Schutzeinrichtungen sind thermisch empfindliche Vorrichtungen, die mit dem Motor elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Schutzeinrichtungen reagieren thermisch auf den vom Motor bezogenen Netzstrom und auch auf andere Temperaturen in dem Verdichter, einschließlich aber nicht ausschließlich auf die Druckgastemperatur, die Sauggastemperatur oder die Temperatur einer bestimmten Komponente im Verdichter. Wenn eine dieser Temperaturen einen festgelegten Grenzwert übersteigt, öffnet die Schutzeinrichtung die elektrische Verbindung zum Motor. Dies schaltet den den Verdichter betreibenden Motor ab, was wiederum den Verdichter abschaltet und verhindert, dass er in Bereichen arbeitet, die zu dessen Störung führen würden. Nach einem Zeitraum nach Fallen der Temperaturen auf sichere Werte setzt sich die Schutzeinrichtung wieder automatisch selbst zurück und der Verdichter arbeitet wieder. Die Temperaturen, auf die die Schutzeinrichtung reagiert, sind ein Ergebnis des Betriebs des Verdichters und der gesamten Kälte- und Klimaanlage. Es kann entweder der Betrieb des Verdichters oder der Betrieb des gesamten Systems die von diesen Schutzeinrichtungen erfassten Temperaturen beeinflussen. Der wesentliche Aspekt der Schutzeinrichtung besteht darin, dass einige Kategorien von Störungen die Schutzeinrichtung mit sehr kurzer Verdichter-EIN-Zeit wiederholt auslösen und andere Kategorien von Störungen die Schutzeinrichtung weniger häufig auslösen, wodurch verhältnismäßig längere Verdichter-EIN-Zeiten vorgesehen werden. Ein Verdichter mit festsitzenden Lagern würde zum Beispiel die Schutzeinrichtung binnen einer EINZEIT von etwa zwanzig Sekunden oder weniger auslösen. Ein System dagegen, das eine sehr geringe Kältemittelfüllung hat, wird die Schutzeinrichtung nach typischerweise mehr als neunzig Minuten EIN-Zeit auslösen. Eine Analyse der Auslösungshäufigkeit, der Auslösungsrücksetzzeiten und der Verdichter-EIN-Zeiten liefert wertvolle Hinweise bei der Ermittlung der Ursache der Systemprobleme.
-
US-A-5,454,229 , auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht, offenbart Mittel zum Überwachen von Fehlerzuständen des Verdichters. Es wird aber kein Versuch unternommen, das Problem zu diagnostizieren. - Die vorliegende Erfindung gibt eine Vorrichtung an die Hand, die auf diesem Prinzip beruht und in Anspruch 1 dargelegt wird. Die Vorrichtung der bevorzugten Ausführung zeichnet ständig den Status der Schutzeinrichtung (offen oder geschlossen) als Funktion von Zeit auf und analysiert dann diese Statusinformation zum Ermitteln einer Defektsituation. Darüber hinaus grenzt die Vorrichtung den Defekt entweder auf den Verdichter oder auf den Rest des Systems ein. Sobald der Defekt eingegrenzt ist, aktiviert die Vorrichtung eine Sichtanzeige (Leuchte) und sendet auch ein elektrisches Signal an eine intelligente Vorrichtung (Steuergerät, Computer, etc.), das die Situation meldet. Der Techniker hat dann bei Eintreffen vor Ort einen klaren Hinweis, dass das Problem am wahrscheinlichsten in anderen Systemkomponenten als dem Verdichter zu finden ist oder dass das Problem am wahrscheinlichsten im Verdichter liegt. Er kann dann seine weitere Fehlersuche auf den ausgemachten Bereich konzentrieren. Die Vorrichtung umgeht somit die eingangs beschriebene Situation einer unsicheren Diagnose und die Möglichkeit eines irrtümlichen Austausches eines guten Verdichters.
- Neben dem Status der Schutzeinrichtung können von Sensoren, die andere Betriebskenndaten der Kälteanlage überwachen, sie Zufuhrspannung und Außenumgebungstemperatur, zusätzliche Informationen erfasst werden. Diese zusätzlichen Informationen können dann zum weiteren Diagnostizieren der Probleme in Verbindung mit der Kälte- oder Klimaanlage genutzt werden.
- Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend folgenden eingehenden Beschreibung hervor. Es versteht sich, dass die eingehende Beschreibung und die spezifischen Beispiele zwar die bevorzugte Ausführung der Erfindung zeigen, aber lediglich dem Zwecke der Veranschaulichung dienen und nicht den Schutzumfang der Erfindung einschränken sollen.
- Die vorliegende Erfindung geht aus der eingehenden Beschreibung und den Begleitzeichnungen umfassender hervor. Hierbei zeigen:
-
1 einen vertikalen Querschnitt eines hermetischen Scrollverdichters, der das einzigartige erfindungsgemäße Verdichterdiagnosesystem enthält; -
2 eine schematische Darstellung des Diagnosesystems für einen Einphasenmotor für den Verdichter gemäß der vorliegenden Erfindung; -
3 eine schematische Darstellung eines Diagnosesystems für einen Dreiphasenmotor für den Verdichter gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung; -
4 ein Flussdiagramm des Diagnosesystems für den Einphasenmotor für den Verdichter gemäß der vorliegenden Erfindung; -
5 ein Flussdiagramm des Diagnosesystems für den Dreiphasenmotor für den Verdichter gemäß der vorliegenden Erfindung; -
6 ein Flussdiagramm, das bei Diagnostizieren einer Verdichteranlage befolgt wird; -
7 eine schematische Ansicht einer typischen Kälteanlage, die den Verdichter und das Diagnosesystem nach der vorliegenden Erfindung einsetzt; -
8 eine perspektivische Ansicht eines mit der Schaltung des Diagnosesystems integrierten Schaltschützes; -
9 eine schematische Ansicht, die die Schaltung des in8 gezeigten Schaltschützes veranschaulicht; und -
10 eine schematische Ansicht eines Verdichtersteckers, die die Schaltung des Diagnosesystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. -
11 ein Flussdiagramm eines Diagnosesystems für den Verdichter gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung; -
12 ein Schaubild, das die möglichen Systemfehler basierend auf der EIN-ZEIT vor Auslösen zeigt; -
13 eine Kurve, die elektrischen Strom gegen die Temperatur des Kondensators zeigt; -
14 eine Kurve, die die Laufzeit in Prozent gegen die Außenumgebungstemperatur zeigt; und -
15 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Diagnosesystems. - Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführung(en) ist lediglich beispielhafter Natur und soll in keiner Weise die Erfindung, ihre Anwendung oder Einsatzmöglichkeiten beschränken.
- Unter Bezug nun auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in all den verschiedenen Ansichten gleiche oder ähnliche Teile bezeichnen, wird in
1 ein Scrollverdichter gezeigt, der das einzigartige erfindungsgemäße Verdichterdiagnosesystem enthält und der allgemein mit der Bezugsziffer10 bezeichnet ist. Zwar wird der Verdichter10 als Scrollverdichter in Verbindung mit einer Kälte- oder Klimaanlage gezeigt, doch liegt es im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, bei Bedarf andere Arten von Verdichtern in der Kälte- oder Klimaanlage zu verwenden sowie beliebige Verdichterausführungen in Verbindung mit anderen Arten von Systemen zu haben. - Der Scrollverdichter
10 umfasst einen im Allgemeinen zylinderförmigen hermetischen Mantel12 , der an seinem oberen Ende eine Abdeckung14 und an seinem unteren Ende einen Boden16 mit mehreren (nicht dargestellten) einstückig damit ausgebildeten Aufstellfüßen angeschweißt aufweist. Die Abdeckung14 ist mit einem Kältemittelablass-Stutzen18 versehen, der darin das übliche Ablassventil aufweisen kann. An dem Mantel12 ist eine quer verlaufende Abtrennung20 durch Schweißen um seinen Umfang am gleichen Punkt angebracht, an dem die Abdeckung14 an dem Mantel12 angeschweißt ist. Ein Verdichtereinbaurahmen22 ist in dem Mantel12 eingepresst und wird von dem Ende des Bodens16 gelagert. Der Boden16 ist von etwas kleinerem Durchmesser als der Mantel12 , so dass der Boden16 im Mantel12 aufgenommen und um seinen Umfang wie in1 geschweißt ist. - Hauptelemente des Verdichters
10 , die an dem Rahmen22 befestigt sind, umfassen eine zweiteilige Hauptlagergehäuseanordnung24 , ein unteres Lagergehäuse26 und einen Motorstator28 . Eine Antriebswelle oder Kurbelwelle30 mit einem exzentrischen Kurbelstift32 an ihrem oberen Enden ist in einem Lager34 , das in der Hauptlagergehäuseanordnung befestigt ist, und in einem zweiten Lager36 , das in dem unteren Lagergehäuse26 befestigt ist, drehbar gelagert. Die Kurbelwelle30 weist an ihrem unteren Ende eine konzentrische Bohrung38 relativ großen Durchmessers auf, welche mit einer radial außen angeordneten Bohrung40 kleineren Durchmessers, die sich davon nach oben zum oberen Teil der Kurbelwelle30 erstreckt, in Verbindung steht. Der untere Teil des Innenraums des Mantels12 bildet einen Ölsumpf44 , der auf einen Stand geringfügig über dem unteren Ende eines Rotors mit Schmieröl gefüllt ist, und die Bohrung38 dient als Pumpe zum Pumpen des Schmierfluids die Kurbelwelle30 hinauf und in die Bohrung40 und schließlich zu all den verschiedenen Teilen des Scroll-Verdichters10 , die einer Schmierung bedürfen. - Die Kurbelwelle
30 wird durch einen Elektromotor relativ angetrieben, welcher einen Stator28 , durch diesen verlaufende Wicklungen46 und einen in die Kurbelwelle30 pressgepassten Rotor46 umfasst. Ein oberes Gegengewicht50 ist an der Kurbelwelle30 befestigt und ein unteres Gegengewicht52 ist an dem Rotor48 befestigt. Ein Temperaturschutz54 der üblichen Auslegung ist in großer Nähe zu den Motorwicklungen46 vorgesehen. Der Temperaturschutz54 schaltet den Motor stromlos, wenn der Temperaturschutz54 seinen normalen Temperaturbereich überschreitet. Der Temperaturschutz54 kann durch die Motorwicklungen46 , Sauggas in einer Saugkammer56 und/oder Druckgas in einer Druckkammer58 , das in die Saugkammer56 freigesetzt wird, erhitzt werden. Sowohl Saugkammer56 als auch Druckkammer58 sind durch den Mantel12 , die Abdeckung14 , den Boden16 und die Abtrennung22 wie in1 gezeigt ausgebildet. - Die obere Fläche der zweiteiligen Hauptlagergehäuseanordnung
24 ist mit einer flachen Drucklagerfläche versehen, an welcher ein orbitierendes Scrollelement60 mit der üblichen spiralförmigen Schaufel oder Wicklung62 , die sich von einer Endplatte64 nach oben erstreckt, angeordnet ist. Von der unteren Fläche der Endplatte64 des orbitierenden Scrollelements60 ragt ein zylinderförmiger Ansatz66 nach unten, welcher ein Wellenzapfenlager66 darin aufweist und in welchem ein Mitnehmereinsatz68 mit einer Innenbohrung drehend angeordnet ist, in welcher ein Kurbelstift32 treibend angeordnet ist. Der Kurbelstift32 weist eine Abflachung an einer Fläche auf, welche mit einer flachen Fläche treibend greift, die in einem Teil der Innenbohrung des Mitnehmersatzes68 ausgebildet ist, um eine radial nachgiebige Antriebsanordnung vorzusehen, wie sie in demU.S. Patent 4,877,382 gezeigt wird. Eine Oldham-Kupplung70 ist ebenfalls zwischen dem orbitierenden Scrollelement60 und der zweiteiligen Lagergehäuseanordnung24 positioniert angeordnet. Die Oldham-Kupplung70 ist gegenüber dem orbitierenden Scrollelement60 und einem nicht orbitierenden Scrollelement72 verkeilt, um eine Drehbewegung des orbitierenden Scrollelements60 zu verhindern. - Das nicht orbitierende Scrollelement
72 ist ferner mit einer Wicklung74 versehen, die sich von einer Endplatte76 nach unten erstreckt, die in kämmendem Eingriff mit der Wicklung62 des orbitierenden Scrollelements60 steht. Das nicht orbitierende Scrollelement72 weist einen mittig angeordneten Ablasskanal78 auf, der mit einer nach oben offenen Aussparung80 kommuniziert, welche wiederum mit der Druckkammer58 in Verbindung steht. In dem nicht orbitierenden Scrollelement72 ist ferner eine ringförmige Aussparung82 ausgebildet, in der eine schwimmende Dichtungsanordnung84 angeordnet ist. - Die Aussparungen
80 und82 sowie die schwimmende Dichtungsanordnung84 bilden zusammen axial druckbeaufschlagende Kammern aus, die druckbeaufschlagtes Fluid aufnehmen, das von den Wicklungen62 und74 verdichtet wird, um eine axiale Beaufschlagungskraft auf das nicht orbitierende Scrollelement72 auszuüben, um dadurch die Spitzen der jeweiligen Wicklungen62 und74 jeweils in dichtenden Eingriff mit den gegenüberliegenden Endflächen der Endplatten76 und64 zu drücken. Die schwimmende Dichtungsanordnung ist vorzugsweise von der in größerem Detail inU.S. Patent 5,156,639 beschriebenen Art. Das nicht orbitierende Scrollelement72 ist dafür ausgelegt, für beschränkte axiale Bewegung bezüglich der zweiteiligen Hauptlagergehäuseanordnung24 in geeigneter Weise eingebaut zu werden, wie sie in dem oben erwähntenU.S. Patent 4,877,382 oder demU.S. Patent 5,102,316 offenbart wird. - Der Verdichter
10 wird durch Elektrizität angetrieben, die dem Elektromotor im Mantel12 durch einen Spritzgussstecker90 geliefert wird. - Unter Bezug nun auf die
1 bis3 wird ein einzigartiges Verdichterdiagnosesystem100 gezeigt. Das Diagnosesystem100 umfasst ein oder mehrere Strom erfassende Vorrichtungen102 und die zugeordnete Logikschaltung104 . Die Strom erfassenden Vorrichtungen102 sind in einem Gehäuse106 eingebaut, das außen am Mantel12 angebracht ist. Die Logikschaltung104 kann in einem Gehäuse106 eingebaut sein oder kann in einer bezüglich Verdichter10 geeigneten Position angeordnet sein, wie in2 in Phantomdarstellung gezeigt wird. Optional können die erfassende Vorrichtung und die Schaltung in einen speziellen Schütz, einen speziellen Kabelbaum oder in einen Spritzgussstecker integriert sein, der für manche Verdichterkonstruktionen verwendet wird. - Die Strom erfassenden Vorrichtungen
102 erfassen den Strom in den den Verdichter10 mit Strom versorgenden Stromversorgungsdrähten.2 zeigt zwei Strom erfassende Vorrichtungen102 in Verbindung mit einem Einphasenmotor. Eine der Strom erfassenden Vorrichtungen102 ist den Hauptwicklungen für den Verdichtermotor zugeordnet und die andere Strom erfassende Vorrichtung102 ist den Hilfswicklungen für den Verdichtermotor zugeordnet.3 veranschaulicht ferner zwei Strom erfassende Vorrichtungen102 in Verbindung mit einem Dreiphasenmotor. Jede Strom erfassende Vorrichtung102 ist einer der Phasen der Dreiphasenstromzufuhr zugeordnet. Während3 zwei Strom erfassende Vorrichtungen zeigt, die Strom in zwei Phasen der Dreiphasenstromzufuhr erfassen, liegt es im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, einen dritten Stromsensor102 zu integrieren, der bei Bedarf den Strom in der dritten Phase der Dreiphasenstromzufuhr erfasst, wie in Phantom in3 gezeigt wird. Diese Stromsignale stellen einen Hinweis auf den Status der Schutzeinrichtung54 (offen oder geschlossen) dar. Die Strom erfassenden Vorrichtungen102 erfassen den Status der Schutzeinrichtung54 zwar unter Verwendung des Stroms in den Stromversorgungsdrähten, doch ist es auch möglich, den Status der Schutzeinrichtung54 durch Erfassen des Vorliegens oder Fehlens von Spannung an der Motorseite der Schutzeinrichtung54 zu erfassen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung halten dies für einen weniger wünschenswerten, aber in manchen Fällen wirksamen Ansatz, da es einen sich durch den Mantel12 erstreckenden zusätzlichen Stift mit hermetischer Durchführung erfordert. Die von den Strom erfassenden Vorrichtungen102 empfangenen Signale werden in der Logikschaltung104 mit dem Forderungssignal für den Verdichter10 kombiniert. Das Forderungssignal für den Verdichter10 wird durch Erfassen des Vorhandenseins der Versorgungsspannung oder durch Zuführenlassen eines die Forderung wiedergebenden diskreten Signals durch einen (nicht dargestellten) Systemregler erhalten. Das Forderungssignal und das von der Logikschaltung104 erhaltene Signal werden von der Logikschaltung104 verarbeitet, um die Informationen über die Auslösehäufigkeit der Schutzvorrichtung54 und die mittlere EIN-Zeit und AUS-Zeit des Verdichters10 abzuleiten. Die Logikschaltung104 analysiert die Kombination der Stromsignale, des Forderungssignals und der abgeleiteten Schutzeinrichtungsauslösehäufigkeiten, um zu ermitteln, ob ein Störungszustand vorliegt. Die Logikschaltung hat auch die einzigartige Fähigkeit, eine spezifische Ursache anhand einiger Defekte festzustellen. Diese Information wird dem Wartungspersonal mit Hilfe einer grünen LED-Leuchte110 und einer gelben LED-Leuchte112 geliefert. Die grüne LED-Leuchte110 dient zur Anzeige, dass es derzeit keinen Störungszustand gibt und dass das System normal funktioniert. - Die gelbe LED-Leuchte
112 dient zur Anzeige des Vorhandenseins einer Störung. Wenn die gelbe LED-Leuchte112 auf EIN geschaltet ist, wird die grüne LED-Leuchte110 auf AUS geschaltet. Somit wird die gelbe LED-Leuchte112 zur optischen Mitteilung genutzt, dass eine Störung vorliegt, sowie zur Anzeige der Art der vorliegenden Störung. Diese Mitteilung wird durch Schalten der gelben LED-Leuchte112 auf EIN und dann auf AUS über eine bestimmte Dauer und Reihenfolge zur Anzeige des Vorliegens einer Störung und zur Kennzeichnung der Art der Störung verwirklicht. Das Schalten der Leuchte112 für eine Sekunde auf EIN und sein Schalten für neunzehn Sekunden auf AUS und das Wiederholen dieser Folge alle zwanzig Sekunden erzeugt die Wirkung eines Blinklichts, das alle zwanzig Sekunden EIN blinkt. Diese Folge entspricht einer Störungsart, die als Störung Typ 1 kodiert ist. Blinkt die Leuchte112 zweimal eine Sekunde lang EIN während des zwanzig Sekunden langen Fensters, ist dies ein Hinweis, dass eine Störung, die als Typ 2 kodiert ist, vorliegt. Diese Folge setzt sich fort, um einen Typ 3, einen Typ 4 usw. anzuzeigen, wobei die Art der Störung durch die Anzahl der Blinksignale der Leuchte112 angezeigt wird. Dieses Schema des Blinkens der Leuchte112 mit einer bestimmten Häufigkeit wird zur visuellen Mitteilung der verschiedenen von der Logikschaltung104 detektierten Störungstypen an den Techniker genutzt. Die vorliegende Erfindung nutzt zwar die Blinkleuchte112 zur Mitteilung der Störungscodes, doch liegt es im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, mehrere Leuchten zu nutzen, um bei Bedarf die Wirksamkeit der Übermittlung einer großen Anzahl an Störungscodes zu erhöhen. Zusätzlich können andere Verfahren zum Liefern des Störungscodes, einschließlich des Vorsehens eines kodierten Spannungsausgangs, der mit anderen elektronischen Vorrichtungen gekoppelt werden kann, ebenfalls eingesetzt werden. - Zusätzlich zur visuellen Mitteilung des spezifischen Störungscodes mit Hilfe der Leuchte
112 gibt die Logikschaltung104 auch eine kodierte Sequenz von elektrischen Impulsen an andere intelligente Steuergeräte aus, die in dem System vorhanden sein können. Diese kodierten Impulse geben die Art von Störung wieder, die von dem Diagnosesystem100 detektiert wurde. Die Störungsarten, die von der Logikschaltung104 detektiert werden können, umfassen, sind aber nicht hierauf beschränkt: - 1. Schutzeinrichtung hat „ausgelöst".
- 2. Die Hilfswicklung eines Einphasenmotors hat keinen Strom oder ist offen oder weist einen fehlerhaft laufenden Kondensator auf.
- 3. Die Hauptwicklung eines Einphasenmotors hat keinen Strom oder die Wicklung ist offen.
- 4. Der Hauptstromkreisunterbrecher hat Kontakte, die verschweißt sind.
- 5. Eine der Phasen in einer 3-Phasen-Schaltung fehlt.
- 6. Die Phasenfolge in einem 3-Phasensystem ist umgekehrt.
- 7. Die Versorgungsspannung ist sehr niedrig.
- 8. Der Rotor in dem Verdichter hat sich festgefressen.
- 9. Die Schutzeinrichtung löst aufgrund von Problemen des Kältekreislaufs der Hochdruckseite des Systems aus.
- 10. Die Schutzeinrichtung löst aufgrund von Problemen des Kältekreislaufs der Niederdruckseite des Systems aus.
- 11. Die Motorwicklungen sind offen oder der interne Leitungsunterbrechungsschutz ist defekt.
- 12. Die Versorgungsspannung zum Verdichter ist niedrig.
- Als Abwandlung zu Vorstehendem kann, wie in
3 gezeigt, ein Diagnosesystem100 nur den Status der Schutzvorrichtung54 an eine intelligente Vorrichtung116 senden. Bei dieser Option können die Parameter Auslösehäufigkeiten, EIN-Zeiten und AUS-Zeiten mit den Diagnoseinformationen an der intelligenten Vorrichtung116 erzeugt werden. Die intelligente Vorrichtung116 kann ein dem Verdichter10 zugeordnetes Verdichtersteuergerät sein, sie kann ein Systemsteuergerät zum Überwachen mehrerer Verdichter10 sein, sie kann eine fern angeordnete Vorrichtung sein oder sie kann eine beliebige andere Vorrichtung sein, die gewählt wird, um das Diagnosesystem100 eines oder mehrerer Verdichter zu überwachen. -
4 stellt ein Flussdiagramm für das Diagnosesystem100 in Verbindung mit einem Einphasenverdichter dar. Das Forderungssignal wird der Logikschaltung104 von einer Vorrichtung oder einem Schaltschütz120 (2 und3 ) zusammen mit dem Stromsignal von den erfassenden Vorrichtungen102 geliefert. Wenn das System erstmals hochgefahren wird, wird bei122 ein Initialisierungsprozess ausgeführt und bei Erfolg geht das System, wie durch Pfeil124 gezeigt, zu einem normalen AUS-Zustand, wie bei126 gezeigt. Wenn bei Verweilen im normalen AUS-Zustand126 dem System ein Forderungssignal geliefert wird, bewegt sich das System, wie durch Pfeil128 gezeigt, zu einem bei130 gezeigten Normallaufzustand. Sobald die Forderung erfüllt ist, kehrt das System zum normalen AUS-Zustand126 , der durch Pfeil132 gezeigt wird, zurück. - Während des Verweilens im normalen AUS-Zustand
126 bewegt sich das System wie durch Pfeil134 gezeigt zu einem abgeschalteten Schaltschützzustand136 , wenn Strom in der Hauptwicklung oder Strom in der Hilfswicklung detektiert wird und kein Forderungssignal erfolgt ist. Während der abgeschaltete Schaltschützzustand136 angezeigt wird, wenn die Forderung signalisiert wird, bewegt sich das System wie durch Pfeil138 gezeigt zu dem Normallaufzustand130 . Der Normallaufzustand130 dauert an, bis die Forderung erfüllt ist, woraufhin sich das System wie durch Pfeil132 gezeigt zurück zum normalen AUS-Zustand126 bewegt, der sich abhängig davon, ob Strom in den Haupt- oder Hilfswicklungen detektiert wird, wiederum zu dem abgeschalteten Schaltschützzustand136 bewegen kann. - Während des Betriebs im Normallaufzustand
130 kann eine von drei anderen Strecken als das Zurückkehren zum normalen AUS-Zustand126 befolgt werden. Wenn das System eine Forderung und Hauptwicklungsstrom erfasst, aber keinen Hilfswicklungsstrom erfasst, bewegt sich das System zunächst wie durch Pfeil140 gezeigt zu einem offenen Hilfeschaltungszustand142 . Von hier bewegt sich das System zu einem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil146 gezeigt wird, wenn weder ein Hauptwicklungsstrom noch ein Hilfswicklungsstrom erfasst werden. Wenn das System zweitens Forderung und Hilfswicklungsstrom erfasst, aber keinen Hauptwicklungsstrom erfasst, bewegt sich das System wie durch Pfeil148 gezeigt zu einem offenen Hauptschaltungszustand150 . Von hier bewegt sich das System zu dem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil152 gezeigt wird, wenn weder ein Hauptwicklungsstrom noch ein Hilfswicklungsstrom erfasst werden. Wenn drittens das System Forderung erfasst und keinen Hilfswicklungsstrom und Hauptwicklungsstrom erfasst, bewegt sich das System wie durch Pfeil154 gezeigt zu dem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung. - Während des Betriebs im Zustand
144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung kann eine von vier Strecken befolgt werden. Wenn ein Hauptwicklungsstrom oder Hilfswicklungsstrom erfasst werden und die Forderung erfüllt ist, bewegt sich das System zunächst wie durch Pfeil160 gezeigt zu dem Normallaufzustand130 . Zweitens bewegt sich das System bei ausgelöster Schutzeinrichtung und wenn der gleitende Fenstermittelwert der EIN-Zeit des Systems unter 12 Sekunden liegt, wie durch Pfeil162 gezeigt, zu einem Zustand164 mit mehreren Kurzläufen. Von dem Zustand mit mehreren Kurzläufen bewegt sich das System zurück zu dem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil166 gezeigt wird. Bei ausgelöster Schutzeinrichtung und wenn der gleitende Fenstermittelwert der EIN-Zeit des Systems größer als fünfzehn Minuten ist, bewegt sich das System drittens wie durch Pfeil168 gezeigt zu einen Zustand170 mit mehreren langen Läufen. Das System kehrt zurück zu dem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil172 gezeigt wird. Wenn bei ausgelöster Schutzeinrichtung die ausgelöste Zeit vier Stunden übersteigt, bewegt sich das System viertens wie durch Pfeil174 gezeigt zu einem Zustand176 mit Stromverlust oder defekter Schutzeinrichtung. Wenn sich das System im Zustand176 mit Stromverlust oder defekter Schutzeinrichtung befindet und Hauptwicklungsstrom oder Hilfswicklungsstrom erfasst wird, bewegt sich das System zurück zum Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil178 gezeigt wird. - Wenn sich das System zu den in
4 gezeigten verschiedenen Positionen bewegt, wird das Blinken der Leuchte112 durch den erfassten Störungszustand vorgegeben. Wenn in der bevorzugten Ausführung bei154 ein Zustand mit ausgelöster Schutzeinrichtung erfasst wird, weil eine Forderung vorliegt, aber Strom fehlt, blinkt die Leuchte112 einmal. Wenn der Verdichter10 festgefressen ist oder ein Problem mit niedriger Versorgungsspannung vorliegt, wie es durch Pfeil162 angezeigt wird, weil die mittlere EIN-Zeit während der letzten fünf Auslösungen unter zwölf Sekunden lag, blinkt die Leuchte112 zweimal. Wenn die Motorwicklungen offen sind, die Schutzeinrichtung defekt ist oder der Schaltschütz defekt ist, was durch Pfeil174 angezeigt wird, weil die AUS-Zeit länger als vier Stunden ist, blinkt die Leuchte112 dreimal. Wenn die Hilfswicklungen offen sind oder ein fehlerhaft laufender Kondensator vorliegt, wie durch Pfeil140 angezeigt wird, blinkt die Leuchte112 viermal. Wenn die Hauptwicklung offen ist, wie durch Pfeil148 angezeigt wird, blinkt die Leuchte112 fünfmal. Wenn der Schaltschütz wie durch Pfeil134 angezeigt verschweißt ist, weil Strom erfasst wird, aber keine Forderung vorliegt, blinkt die Leuchte112 sechsmal. Wenn schließlich wiederholte Schutzeinrichtungsauslöser aufgrund anderer Systemprobleme vorliegen, was durch Pfeil168 angezeigt wird, weil die mittlere EIN-Zeit während der letzten fünf Auslöser unter fünfzehn Minuten lag, blinkt die Leuchte112 siebenmal. -
5 stellt ein Flussdiagramm für das Diagnosesystem100 in Verbindung mit einem Dreiphasenverdichter dar. Das Forderungssignal wird der Logikschaltung104 vom Schaltschütz120 (2 und3 ) zusammen mit dem Stromsignal von den erfassenden Vorrichtungen102 geliefert. Wenn das System erstmals hochgefahren wird, wird bei122 ein Initialisierungsprozess ausgeführt und bei Erfolg geht das System, wie durch Pfeil124 gezeigt, zu einem normalen AUS-Zustand, wie bei126 gezeigt. Wenn bei Verweilen im normalen AUS-Zustand126 dem System ein Forderungssignal geliefert wird, bewegt sich das System, wie durch Pfeil128 gezeigt, zu einem bei130 gezeigten Normallaufzustand. Sobald die Forderung erfüllt ist, kehrt das System zum normalen AUS-Zustand126 , der durch Pfeil132 gezeigt wird, zurück. - Während des Verweilens im normalen AUS-Zustand
126 bewegt sich das System wie durch Pfeil234 gezeigt zu einem abgeschalteten Schaltschützzustand136 , wenn Strom in einer der drei Phasen oder Strom in einer zweiten der drei Phasen detektiert wird und kein Forderungssignal erfolgt ist. Während der abgeschaltete Schaltschützzustand136 angezeigt wird, wenn die Forderung signalisiert wird, bewegt sich das System wie durch Pfeil238 gezeigt zu dem Normallaufzustand130 . Der Normallaufzustand130 dauert an, bis die Forderung erfüllt ist, woraufhin sich das System wie durch Pfeil132 gezeigt zurück zum normalen AUS-Zustand126 bewegt, der sich abhängig davon, ob Strom in den Haupt- oder Hilfswicklungen detektiert wird, wiederum zu dem abgeschalteten Schaltschützzustand136 bewegen kann. - Während des Betriebs im Normallaufzustand
130 kann eine von drei anderen Strecken als das Zurückkehren zum normalen AUS-Zustand126 befolgt werden. Wenn das System eine Forderung erfasst und elf Millisekunden weniger als die Nullübergangszeitdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Phase der Dreiphasenstromversorgung ist oder diese Zeitdifferenz kleiner als vierzehn Millisekunden ist, bewegt sich das System zunächst wie durch Pfeil240 gezeigt zu einem Zustand242 mit umgekehrter Phasensequenz. Von hier bewegt sich das System zu einem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil246 gezeigt wird, wenn weder ein Strom der ersten Phase noch ein Strom der zweiten Phase erfasst wird. Wenn das System zweitens Forderung erfasst und sechzehn Millisekunden weniger als die Nullübergangszeitdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Phase ist oder wenn diese Zeitdifferenz kleiner als einundzwanzig Millisekunden ist, bewegt sich das System wie durch Pfeil248 gezeigt zu einem Zustand250 mit fehlender Phase. Von hier bewegt sich das System zu dem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil252 gezeigt wird, wenn weder ein Strom der ersten Phase noch ein Strom der zweiten Phase erfasst werden. Wenn drittens das System Forderung erfasst und keinen Strom der ersten Phase und keinen Strom der zweiten Phase erfasst, bewegt sich das System wie durch Pfeil254 gezeigt zu dem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung. - Während des Betriebs im Zustand
144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung kann eine von vier Strecken befolgt werden. Wenn ein erster Phasenstrom oder ein zweiter Phasenstrom erfasst werden und die Forderung erfüllt ist, bewegt sich das System zunächst wie durch Pfeil260 gezeigt zu dem Normallaufzustand130 . Zweitens bewegt sich das System bei ausgelöster Schutzeinrichtung und wenn der gleitende Fenstermittelwert der EIN-Zeit des Systems unter 12 Sekunden liegt, wie durch Pfeil162 gezeigt, zu einem Zustand164 mit mehreren Kurzläufen. Von dem Zustand mit mehreren Kurzläufen bewegt sich das System zurück zu dem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil166 gezeigt wird. Bei ausgelöster Schutzeinrichtung und wenn der gleitende Fenstermittelwert der EIN-Zeit des Systems größer als fünfzehn Minuten ist, bewegt sich das System drittens wie durch Pfeil168 gezeigt zu einem Zustand170 mit mehreren langen Läufen. Das System kehrt zurück zu dem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil172 gezeigt wird. Wenn bei ausgelöster Schutzeinrichtung die ausgelöste Zeit vier Stunden übersteigt, bewegt sich das System viertens wie durch Pfeil174 gezeigt zu einem Zustand176 mit Stromverlust oder defekter Schutzeinrichtung. Wenn sich das System im Zustand176 mit Stromverlust oder defekter Schutzeinrichtung befindet und Strom der ersten Phase oder zweiten Phase erfasst wird, bewegt sich das System zurück zum Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil278 gezeigt wird. - Wenn sich das System zu den in
5 gezeigten verschiedenen Positionen bewegt, wird das Blinken der Leuchte112 durch den erfassten Störungszustand vorgegeben. Wenn in der bevorzugten Ausführung bei254 ein Zustand mit ausgelöster Schutzeinrichtung erfasst wird, weil eine Forderung vorliegt, aber Strom fehlt, blinkt die Leuchte112 einmal. Wenn der Verdichter10 festgefressen ist oder ein Problem mit niedriger Versorgungsspannung vorliegt, wie es durch Pfeil162 angezeigt wird, weil die mittlere EIN-Zeit während der letzten fünf Auslösungen unter zwölf Sekunden lag, blinkt die Leuchte112 zweimal. Wenn die Motorwicklungen offen sind, die Schutzeinrichtung defekt ist oder der Schaltschütz defekt ist, was durch Pfeil174 angezeigt wird, weil die AUS-Zeit länger als vier Stunden ist, blinkt die Leuchte112 dreimal. Wenn der Schaltschütz wie durch Pfeil234 angezeigt verschweißt ist, weil Strom erfasst wird, aber keine Forderung vorliegt, blinkt die Leuchte112 viermal. Wenn schließlich wiederholte Schutzeinrichtungsauslöser aufgrund anderer Systemprobleme vorliegen, was durch Pfeil168 angezeigt wird, weil die mittlere EIN-Zeit während der letzten fünf Auslöser unter fünfzehn Minuten lag, blinkt die Leuchte112 fünfmal. Wenn die Stromversorgungsphasen umgekehrt sind, wie durch Pfeil240 angezeigt, weil die Nullübergangszeitdifferenz zwischen elf und vierzehn Millisekunden liegt, blinkt die Leuchte112 sechsmal. Wenn schließlich eine Phase in der Dreiphasenstromversorgung fehlt, wie durch Pfeil248 angezeigt wird, weil die Nullübergangszeitdifferenz zwischen sechzehn und einundzwanzig Millisekunden liegt, blinkt die Leuchte112 siebenmal. - Während das obige Verfahren als Überwachen der gleitenden Fenstermittel für den Verdichter
10 beschrieben wurde, fällt es in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, die Logikschaltung104 Echtzeit oder die momentanen Bedingungen für den Verdichter10 nutzen zu lassen. Bei Betrachten der Pfeile162 oder168 zum Beispiel könnte statt Betrachten des gleitenden Fenstermittels die Logikschaltung104 die vorherige Laufzeit des Verdichters10 betrachten. -
6 stellt ein Flussdiagramm dar, das bei Diagnostizieren eines Systemproblems befolgt wird. Bei Schritt300 ermittelt der Techniker durch Prüfen der LEDs bei Schritt302 , ob ein Problem vorliegt. Wenn die grüne LED110 leuchtet, wird bei304 angezeigt, dass der Verdichter10 normal funktioniert und das Problem an anderen Bauteilen liegt. Wenn die gelbe LED112 blinkt, zählt der Techniker bei306 die Anzahl an Blinksignalen. Beruhend auf der Anzahl an Blinksignalen der Leuchte112 erfolgt bei308 die Ermittlung der Störungsart. Bei310 wird die Störung behoben und das System zurückgestellt und gestartet. Das System kehrt zu Schritt300 zurück, der wiederum Störungen des Verdichters10 anzeigt. - Somit gibt das Diagnosesystem
100 dem Techniker, der vor Ort eintrifft, einen klaren Hinweis darauf, wo das Problem beim System am wahrscheinlichsten liegt. Der Techniker kann dann seine Aufmerksamkeit auf die wahrscheinlichste Ursache für das Problem richten und möglicherweise den Austausch eines guten Verdichters vermeiden. -
7 zeigt eine typische Kälteanlage320 . Die Kälteanlage320 umfasst einen Verdichter10 , der mit einem Kondensator322 in Verbindung steht, der in Verbindung mit einer Expansionsvorrichtung324 steht, die in Verbindung mit einem Verdampfer326 steht, der in Verbindung mit dem Verdichter10 steht. Die Kältemittelrohrleitung328 verbindet die verschiedenen Bestandteile, wie in7 gezeigt wird. - Unter Bezug nun auf
8 wird ein Schaltschütz120 gezeigt, der ein Diagnosesystem100 in Form von Stromsensoren102 , Logikschaltung104 , grüner LED-Leuchte110 und gelber Leuchte112 enthält. Der Schaltschütz120 ist dafür ausgelegt, Informationen von verschiedenen Systemsteuerungen, beispielsweise einem Systemthermostat350 (2 und3 ), einer Gruppe von Systemsicherungen352 (2 und3 ) und/oder anderen im System enthaltenen Sensoren, zu empfangen und beruhend auf drei Eingaben dem Verdichter10 Strom zu liefern. - Der Schaltschütz
120 weist eine Reihe von Stromeingängen354 , eine Reihe von Stromausgängen356 , eine Reihe von Schaltschützspulenkonnektoren358 , eine Leuchte110 und eine Leuchte112 auf. In9 wird das Innenschaltbild für den Schaltschütz120 gezeigt. Eine Stromversorgung360 erhält Strom von den Eingängen354 , wandelt die Eingangsleistung nach Bedarf um und liefert dann die erforderliche Leistung zur Eingangsschaltung362 , der Verarbeitungsschaltung364 und der Ausgangsschaltung366 , die gemeinsam die Logikschaltung104 bilden. - Die Eingangsschaltung
362 empfängt den Eingang von Stromsensoren102 sowie das Forderungssignal, um die Funktionstüchtigkeit des Verdichters10 zu diagnostizieren. Die von der Eingangsschaltung362 empfangene Information wird zur Verarbeitungsschaltung364 geleitet, die die gelieferte Information analysiert und dann der Ausgangsschaltung366 Informationen liefert, um den Verdichter10 zu betreiben und/oder die LED-Leuchten110 und112 zu aktivieren. Das Integrieren der Logikschaltung104 in den Schaltschütz120 vereinfacht das System aufgrund der Tatsache, dass sowohl die Stromversorgung als auch das Forderungssignal bereits am Schaltschütz120 vorgesehen sind. Die Funktion und der Betrieb des in den Schaltschütz120 integrierten Diagnosesystems100 sind die gleichen wie vorstehend für das Gehäuse106 beschrieben. - Unter Bezug nun auf
10 wird der Spritzgussstecker90 gezeigt, der das Diagnosesystem100 in Form von Stromsensoren102 , Logikschaltung104 , Leuchte110 und Leuchte112 erfindungsgemäß enthält. Das Integrieren des Diagnosesystems100 in den Spritzgussstecker90 bietet bei manchen Anwendungen einige deutliche Vorteile. Wenn das Diagnosesystem100 in den Spritzgussstecker90 integriert ist, wird Strom durch die Konnektoren354 geliefert und muss auch dem Diagnosesystem von dem Netzeingang geliefert werden oder kann separat durch den Konnektor370 geliefert werden. Zusätzlich muss das Forderungssignal auch dem Stecker90 geliefert werden, und dies kann durch die Konnektoren372 erfolgen. Die Funktion und der Betrieb des in den Spritzgussstecker90 integrierten Diagnosesystems100 sind die gleichen wie vorstehend für das Gehäuse106 beschrieben. Kommunikation vom Stecker90 wird durch den Anschluss374 verwirklicht. - Die
4 und5 zeigen Flussdiagramme für das Diagnosesystem100 . Während des Betriebs in dem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung werden abhängig von dem gleitenden Fenstermittel der EIN-Zeit oder der EIN-Zeit des vorherigen Zyklus verschiedene Strecken befolgt. Diese verschiedenen Strecken helfen bei der Ermittlung, welche Art von Störung vorliegt. - Dieses Konzept kann durch Aufstellen weiterer Annahmen basierend auf der EIN-Zeit des Verdichters zwischen überlastungsbedingten Auslösern erweitert werden. Die Dauer der EIN-Zeit des Verdichters vor dem überlastungsbedingten Auslösen kann ausgeweitet werden, um bei de Diagnose zu helfen, ob sich die Störung wahrscheinlich an der High-Side (Kondensator) oder der Low-Side (Verdampfer) der Kühl- oder Klimaanlage befindet. Diese zusätzliche Information würde dem Techniker bei der Beschleunigung seiner Fehlersuche helfen.
11 zeigt das Flussdiagramm für ein Diagnosesystem100 . Während11 ein Diagnosesystem für einen Einphasenmotor zeigt, kann das in11 dargestellte und nachstehend beschriebene Diagnosesystem bei Bedarf mit einem Dreiphasenmotor verwendet werden. - Bei Einsetzen dieses Vorgehens gibt es vier in
12 gezeigte große Systemstörungen, die basierend auf der EIN-Zeit und/oder der AUS-Zeit ausgemacht werden können. Ein Zustand mit „blockiertem Rotor" (BR-Auslöser) ergibt sich typischerweise aus einem mechanischen Sperren des Verdichters oder einem Startschwierigkeitsproblem. Dies führt zu der kürzesten Auslösezeit, für gewöhnlich innerhalb von 20 Sekunden oder weniger. Dies wird in11 durch den Pfeil162' gezeigt, der zu dem Zustand164 eines blockierten Rotors führt: von dem Zustand164 mit blockierten Rotor bewegt sich das System zurück zu dem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil166' gezeigt wird. Zweites ist ein Zustand „kurze Zykluszeit" typischerweise auf das Einschalten und Ausschalten des Sicherheitsdruckschalters der High-Side oder der Low-Side zurückzuführen. Sowohl die EIN-Zeit als auch die AUS-Zeit während kurzer Zykluszeit liegen typischerweise in der Größenordnung von zwei Minuten oder weniger. Dies wird in11 durch den Pfeil162'' gezeigt, der zu einem Laufzustand164'' kurzer Zykluszeit führt. Von dem Laufzustand164'' kurzer Zykluszeit bewegt sich das System zurück zu dem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil166'' gezeigt wird. Drittens ist ein Zustand mit „normaler Überlastungsauslösung" (Schutzeinrichtungsauslösung) der am häufigsten erwartete Zustand, der häufig aufgrund von Systemstörungen wie blockiertes aus ausgefallenes Kondensatorgebläse am Verdichter einen Zustand maximaler Last anlegt. Die EIN-Zeit zwischen Auslösern kann abhängig von der Schwere der Störungen irgendwo zwischen vier und neunzig Minuten liegen. Dies wird in11 durch den Pfeil168' gezeigt, der zu einem Zustand170' normaler Überlastauslösung führt. Von dem Zustand170' normaler Überlastauslösung bewegt sich das System zurück zu dem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil172' gezeigt wird. Wie in12 gezeigt wird, kann die normale Überlastauslösung in zwei separate Temperaturbereiche aufgeteilt werden, wenn der Kondensator322 (Tc) bekannt ist. Viertens führt ein Störungszustand „hoher Laufzeit" zu sehr langen Laufzeiten, typischerweise von mehr als neunzig Minuten. Eine normale 50%-Laufzeitthermostat-Zykluszeit basierend auf einer Rate von drei Zyklen pro Stunde würde eine EIN-Zeit von zehn Minuten ergeben. Somit ist ein Lauf von über neunzig Minuten typischerweise eine Störung. Dies wird in11 durch Pfeil174' gezeigt, der zu einer Störung176' mit Füllungsverlust führt. Von der Füllverlust-Störung176' bewegt sich das System zurück zu dem Zustand144 mit ausgelöster Schutzeinrichtung, wie durch Pfeil178' gezeigt wird. Das Diagnosesystem100' kann das in den4 und5 gezeigte Diagnosesystem100 ersetzten oder das Diagnosesystem101' kann gleichzeitig mit diesen anderen beiden Diagnosesystemen laufen. - Weitere Informationen können mit Hilfe zusätzlicher Sensoren erhalten werden. Durch Hinzufügen wichtiger Sensoren können die oben beschriebenen Diagnosesysteme eine wichtige Funktion integrieren, die bei jedem Szenario oder bei allen Bedingungen eindeutig zwischen einer Verdichterstörung und einer Systemstörung unterscheiden kann.
- Im Einzelnen ist bei einer vorbestimmten Spannung und Stromversorgungsauslegung der Betriebsstrom für den Verdichter
10 hauptsächlich eine festgelegte Funktion seines Ablassdrucks und seines Saugdrucks, was durch typische veröffentlichte Leistungstabellen oder -gleichungen wiedergegeben wird. Typischerweise ändert sich bei den meisten Scrollverdichtern der Verdichterstrom hauptsächlich mit dem Ablassdruck und ist gegenüber dem Saugdruck recht unempfindlich. Wenn in den Scrollverdichtern eine mechanische Störung auftritt, nimmt seine Stromaufnahme bei dem gleichen Ablassdruck signifikant zu. Daher können durch Erfassen von Strom mit Strom erfassenden Vorrichtungen102 und durch Erfassen von Ablassdruck mit Hilfe eines Sensor330 , wie in7 gezeigt wird, die meisten Störungen in einem Verdichter10 detektiert werden. Bei einer vorgegebenen Stromversorgung kann eine Änderung der Spannung seinen Strom beeinflussen. Diese Spannungsänderungen sind aber meist diskontinuierlich und nicht dauerhaft, während eine Störung typischerweise dauerhaft und irreversibel ist. Dieser Unterschied kann durch Detektieren des Stroms mit den Strom erfassenden Vorrichtungen102 und durch Detektieren des Ablassdrucks mit dem Sensor330 über mehrere Wiederholungszyklen unterschieden werden. - Typischerweise ist ein Ablassdrucksensor
330 ein recht teures Bauteil, insbesondere bei Umsetzung des Systems im Wohnbereich. Eine kostengünstige Alternative ist die Verwendung eines Temperatursensor-CR-Thermistors332 , wie er in7 gezeigt wird, der in der Mitte des Kondensators322 an einer von Haarnadel- oder Rückführkurven des Rohrs angebracht ist. Diese Temperaturerfassung ist recht gut bekannt, da sie mit einer bedarfsweisen Abtausteuerung verwendet wird.13 zeigt eine typische Beziehung zwischen Verdichterstrom und Kondensiertemperatur. In die Diagnosesysteme100 bzw.100' kann eine generische Gleichung oder Tabelle für diese Beziehung vorprogrammiert werden. Dann kann durch Messen von zwei oder drei Koordinatenpunkten während der anfänglichen vierundzwanzig Betriebsstunden nach der ersten sauberen Installation die Kurve zur Verwendung als störungsfreier Bezugswert abgeleitet und auf das System kalibriert werden. - Neben den Strom erfassenden Vorrichtungen
102 kann ein Drucksensor330 oder Temperatursensor332 , ein Außenumgebungstemperatursensor334 , wie in den2 und3 gezeigt wird, hinzugefügt werden. Das Hinzufügen des Sensors334 dient hauptsächlich zum Detektieren von Verdichterstörungen durch Einsetzen der Daten der Sensoren102 und330 bzw.332 mit den Daten von Sensor334 . Da beide, der Temperatursensor332 und der Temperatursensor334 , typischerweise mit bedarfsweisen Abtausteuerungen in Wärmepumpen im Wohnbereich eingesetzt werden, ist dieses Konzept recht attraktiv, da die Techniker bereits mit diesen Sensoren vertraut sind und die zusätzlichen Kosten nur marginal sind. - Die Kombination aus Kondensiertemperatur und Kondensator-Delta T (Kondensiertemperatur minus Umgebungstemperatur) gibt nun eine nachstehend dargestellte leistungsstärkere Diagnosefähigkeit bei Systemstörungen an die Hand, einschließlich von Wärmepumpen in der Wärmebetriebsart, da das Delta T zur Verdampfungstemperatur minus Umgebungstemperatur wird. In der nachstehenden Tabelle stellt im Kühlbetrieb das Delta T das Kondensator-Delta T dar und im Heizbetrieb stellt das Delta T das Verdampfer-Delta T dar.
Kühlbetrieb Heizbetrieb Außengebläse blockiert/ausgefallen oder Überfüllung (High-Side) Überlastauslösung Hohes Delta T Niedriges Delta T Hohes Tkond Hoher Strom Innengebläse blockiert/ausgefallen oder Füllungsverlust (Low-Side) Niedriges Delta T Überlastauslösung Niedriges Delta T Niedriges Delta T Länge Laufzeit Länge Laufzeit Abtau-Einleitung --- Hohes Delta T Verdichterstörung Strom gegen Tkond --- Kapazitätsverlust % Laufzeit % Laufzeit - Schließlich ist es nun möglich, Kapazitätsverlust mit Zugabe des Außenumgebungssensors
334 durch Verwenden der prozentualen Laufzeit zu diagnostizieren, wie in14 gezeigt wird. Das Vorhersagen der Verdichterenergienutzung ist nun ebenfalls möglich, da Strom, Spannung und Laufzeit bekannt sind. Der Energieverbrauch im zeitlichen Verlauf kann überwacht und gemeldet werden. - Als Ganzes wird die Umsetzung eines elektronischen Diagnoseinstruments in
15 mit den Strom erfassenden Vorrichtungen102 , dem Kondensatortemperatursensor332 und dem Außenumgebungstemperatursensor334 gezeigt. Da diese Sensoren eine ständige Überwachung des Systems und keine einzelnen Schalter vorsehen, ist es jetzt möglich, eine Sicherheitsschutzfunktion in diese Steuerung zu integrieren und die Notwendigkeit von Hoch- und Niederdruck-Sicherheitsschaltern zu eliminieren. - Durch Erfassen der Spannung in den den Verdichter
10 versorgenden Stromversorgungsleitungen können weitere Diagnosefunktionen erreicht werden. Die2 und3 zeigen zu diesem Zweck integrierte Spannungssensoren402 . Verdichter mit internen Leitungsunterbrechungen wie Temperatursensor54 „lösen aus", wenn die Versorgungsspannung zum Verdichter10 unter einen festgelegten Wert fällt. Dieser Wert liegt typischerweise zehn Prozent unter der Sollspannung. Unter diesem vermindertem Spannungszustand steigt der Motorstrom auf einen Wert, der genügend Wärme zum „Auslösen" der Schutzeinrichtung54 erzeugen würde. Wenn die Spannung bei Auslösen der Schutzeinrichtung54 bekannt ist, kann somit dieser Zustand niedriger Spannung als spezifische Störung markiert werden. Der Wartungstechniker kann sich dann auf das Herausfinden der Ursache des Zustands niedriger Spannung konzentrieren. Die Spannung kann mittels mehrerer Verfahren erfasst werden. Sie kann an den Verdichteranschlüssen direkt erfasst werden, wie bei den Sensoren402 gezeigt wird, oder an anderen Punkten der den Verdichter10 versorgenden elektrischen Schaltung. Sie kann auch durch Überwachen der Steuerspannung des Systems mit Hilfe eines Sensors404 indirekt erfasst werden, wie in den2 und3 gezeigt wird. Die Steuerspannung ist typischerweise eine Schaltung niedriger Spannung (24 VAC) und wird mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Stufentransformators abgeleitet. Diese Steuerspannung würde sich auch in direkter Proportion zur Änderung der Netzspannung ändern. Somit könnte das Überwachen der Steuerspannung einen Hinweis auf die Netzspannung liefern. - Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sollen Abwandlungen, die nicht vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abweichen, in den Schutzumfang der Erfindung fallen.
Claims (22)
- Verdichteranordnung mit: einem Verdichter (
10 ); einem an dem Verdichter angebrachten Motor (28 ,46 ,48 ) zum Antreiben des Verdichters; einem dem Motor zugeordneten Motorschutzschalter (54 ), wobei der Motorschutzschalter (54 ) zwischen einer ersten Stellung, wenn sich der Motor innerhalb festgelegter Betriebsparameter befindet, und einer zweiten Stellung, wenn sich der Motor außerhalb der festgelegten Betriebsparameter befindet, betätigt wird; einem eine Betriebseigenschaft des Verdichters überwachenden Sensor (330 ,332 ;334 ); gekennzeichnet durch: ein dem Motorschutzschalter (54 ) zugeordnetes Diagnosesystem (100 ), wobei das Diagnosesystem (100 ) eine dem Motorschutzschalter zugeordnete Logikschaltung (104 ) aufweist, die zum Analysieren eines Status des Motorschutzschalters als Funktion von Zeit und zum Ermitteln einer spezifischen Fehlerursache dient; wobei der Sensor (330 ;332 ;334 ) in Verbindung mit dem Diagnosesystem (100 ) steht. - Kühlanlage mit einem Verflüssiger (
322 ); einer Expansionsvorrichtung in Verbindung mit dem Verflüssiger; einem Verdampfer in Verbindung mit der Expansionsvorrichtung; einer Verdichteranordnung nach Anspruch 1, wobei der Verdichter (10 ) der Anordnung in Verbindung mit dem Verdampfer und dem Verflüssiger steht; wodurch der Sensor auch eine Betriebseigenschaft der Kühlanlage überwacht. - Verdichteranordnung nach Anspruch 1 oder Kühlanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosesystem (
100 ) eine Anzeige (110 ) aufweist, die den Status des Motorschutzschalters zeigt. - Verdichteranordnung nach Anspruch 1 oder 3 oder Kühlanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosesystem (
100 ) eine Anzeige (112 ) aufweist, die ein Anlagenproblem zeigt. - Verdichteranordnung nach Anspruch 1, 3 oder 4 oder Kühlanlage nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosesystem (
100 ) überwacht, wann der Verdichter (10 ) arbeitet und wann der Verdichter (10 ) stillsteht. - Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5 oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosesystem (
100 ) die Zeitlänge überwacht, die der Motorschutzschalter (54 ) in der zweiten Stellung bleibt. - Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 6 oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, welche weiterhin mindestens einen Strommessgeber (
102 ) zum Ermitteln des Status des Motorschutzschalters umfasst. - Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 7 oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7, welche weiterhin ein Befehlssignal umfasst, wobei das Befehlssignal in Verbindung mit dem Status des Motorschutzschalters (
54 ) zur Diagnose der Fehlerursache verwendet wird. - Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8 oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Drucksensor (
330 ) ist, der einen Ablassdruck des Verdichters (10 ) überwacht. - Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 9 oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 9, welche weiterhin mindestens einen Strommessgeber (
102 ) umfasst, der dem Motor gelieferten elektrischen Strom überwacht. - Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 10 oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 10, welche weiterhin einen Temperatursensor (
334 ) umfasst, der Umgebungstemperatur überwacht. - Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 11 oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Temperatursensor (
332 ) ist, der eine Temperatur des Verflüssigers (322 ) überwacht. - Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 12 oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 12, welche weiterhin einen Spannungsgeber (
402 ) umfasst, der die dem Motor gelieferte elektrische Spannung überwacht. - Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 13 oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 13, welche weiterhin ein Steuersystem und einen Spannungsgeber (
404 ) umfasst, der die dem Steuersystem gelieferte elektrische Spannung überwacht. - Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 14 oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter zwischen einer Saugdruckseite und einer Ablassdruckseite arbeitet, wobei die Fehlerursache von dem der Saugdruckseite zugeordneten Diagnosesystem (
100 ) diagnostiziert wird. - Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 15 oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter zwischen einer Saugdruckseite und einer Ablassdruckseite arbeitet, wobei die Fehlerursache von dem der Ablassdruckseite zugeordneten Diagnosesystem (
100 ) diagnostiziert wird. - Betrieb der Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 16 oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 16, wobei der Betrieb umfasst: Erfassen des Vorliegens einer Versorgungsspannung; Erzeugen eines Befehlssignals für den Verdichter beruhend auf der erfassten elektrischen Spannung; Erfassen eines elektrischen Stroms in den den Verdichter versorgenden Stromversorgungsleitungen; Erzeugen eines den elektrischen Strom in den Versorgungsleitungen anzeigenden Stromsignals; und Senden des Befehlssignals und des Stromsignals zu der Logikschaltung, um den Verdichter zu diagnostizieren.
- Betrieb der Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 16 oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 16, wobei der Betrieb umfasst: Erzeugen eines Befehlssignals für den Verdichter von einem Systemsteuergerät; Erfassen eines elektrischen Stroms in den den Verdichter versorgenden Stromversorgungsleitungen; Erzeugen eines den elektrischen Strom in den Versorgungsleitungen anzeigenden Stromsignals; und Senden des Befehlssignals und des Stromsignals zu der Logikschaltung, um den Verdichter zu diagnostizieren.
- Betrieb nach Anspruch 17 oder 18, welcher weiterhin das Ermitteln einer Auslösehäufigkeit des Motorschutzschalters aus dem Befehlssignal und dem Stromsignal umfasst.
- Betrieb nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung das Stromsignal, das Befehlssignal und die Auslösehäufigkeit analysiert, um zu ermitteln, ob ein Fehlerzustand vorliegt.
- Betrieb nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Verdichteranordnung oder die Kühlanlage weiterhin eine der Logikschaltung zugeordnete Anzeige umfasst, die ein Signal von der Logikschaltung empfängt, um einen auf dem Stromsignal und dem Befehlssignal beruhenden Fehler anzuzeigen.
- Betrieb nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige aus mehreren Leuchten besteht, die das Vorhandensein oder Fehlen eines Fehlerzustands anzeigen.
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