«ВТОРОЕ ДЫХАНИЕ» ХОЛОДИЛЬНИКА

Компрессионные, да и адсорбционные холодильники часто выходят из строя из-за того, что у них отказывают электромеханические реле или размыкатели на основе биметаллических пластин. Первые из них служат для запуска синхронных электро-двигателей, обслуживающих компрессионную систему холодильника, а вторые являются основой систем слежения и поддержания на заданном уровне температуры морозильных камер [1]. Причиной выхода из строя тех и других является прогар или какое-то механическое повреждение пружинящих контактов в составе этих устройств. Особенно эго относится к устаревшим моделям холодильников. И часто можно видеть, как из-за ничтожной, но трудно устранимой поломки (ввиду отсутствия запасных приборов) выбрасывают еще вполне пригодные для использования аппараты. В материале сделана попытка устранения такого рода неисправностей в бытовой технике.

Известно, что устаревшую схему запуска асинхронных электродвигателей с помощью пусковою реле сегодня вполне можно заменить конденсаторной цепью. В ней механические контакты отсутствуют полностью [2]. О приборе же регулировки температуры в морозильной камере можно сказать следующее. Поскольку холодильник работает в квартире, где температура круглогодично поддерживается в достаточно стабильных комфортных пределах (с помощью систем кондиционирования, централизованного отопления и т.п.), то в этих условиях перепад температур между средой квартиры и морозильной камеры (исправно работающею холодильника) остаётся почти неизменным. Система регулировки температуры такого холодильника только «подкармливает» морозильную камеру стабильными порциями холода, равными оттоку в воздушную среду помещения. Поэтому для поддержания температуры на нужном уровне вовсе не нужно следить за изменениями температуры, а достаточно определить величину порций холода. Это можно осуществить косвенно, вычислив временные интервалы между включением и остановкой компрессора холодильника, в котором система регулировки температуры работает исправно. Тогда в холодильнике с вышедшей из строя терморегулировкой, падав определённые и постоянные интервалы работы и простоя компрессора, получим достаточно стабильную температуру в морозильной камере и внутреннем его обьёме. При этом открывается возможность построить таймерную цепь, формирующую интервалы включения и выключения двигателя компрессора без электромеханических контактов. На этих принципах и построена представленная на рисунке электрическая схема, по которой был модернизирован холодильник «ЗиЛ-Москва» — выпуска 1956 года и сегодня прекрасно функционирующий, хотя перед переделкой вышел из строя по выше названным причинам.

Схема работает следующим образом.

Задающий генератор на микросхемах DD2.2, DD2.3 вырабатывает тактовые импульсы, близкие к форме «меандр» в двух режимах формирования (аналоговый МОП ключ DD3 служит для обеспечения переключений с одного режима на другой). В первом режиме вырабатываются импульсы с постоянным периодом следования около 0,6 с (в замкнутом состоянии МОП ключа в составе DD3), а во втором — с перестраиваемым периодом следования от 0,6 до 0,8 с (в разомкнутом состоянии того же ключа). Перестройка обеспечивается потенциометром R5. В обоих случаях формируются импульсы в уровнях, близких к уровню напряжения питания (от 0В до 10В). При этом уровень лог.1 на управляющем входе DD3 (выв. 15) соответствует первому режиму формирования, а уровень лог. 0 — второму. Для чего необходимы эти два режима, будет ясно из дальнейшего изложения.

С одного из выводов задающею генератора (выв.2 DD2.2) формируемые импульсы поступают на вход двоичного счётчика на микросхеме DD1, и он осуществляет деление этих импульсов с коэффициентами от 2 до 16 384 в диапазоне 14 разрядов. Причём каждый разряд имеет свой отдельный вывод (кроме 2-ю и 3-го), с которого можно снимать импульсы через периоды от 1.2 с (на выводе 9 младшего разряда) до 3,6 ч (на выводе 3 старшего разряда). Каждый последующий разряд (в порядке возрастания) увеличивает период следования импульсов вдвое. Практическое значение для управления периодом действия хладоагрегата, модернизируемою по предлагаемому принципу, имеют импульсы лишь с 11-го и 12-го разрядов (выв.1, 15), периодичность которых близка к ритму работы холодильника с исправным терморепе в установившемся режиме (от 20 до 40 минут). Основанием для такого выбора явились наблюдения за работой холодильника ещё до того, как он испортился. Тогда было замечено, что термореле включало компрессор минут на 20 и выключало примерно на такое же время.

С выв.1 DD1 через буферный инвертор DD2.1 выбранные таким образом импульсы поступают на электронный выключатель асинхронного двигателя-компрессора. Этот выключатель состоит из транзистора VT1, работающего в ключевом режиме, и двух оптотиристоров — U1 и U2. Когда уровень логического состояния на выв. 1 DD1 (в результате работы счётчика) достигнет лог. 0, то через буферный инвертор DD2.1 и ограничительный резистор R1 он поступает в базу транзистора VТ1 и открывает его. В этом состоянии транзистор имеет очень малое сопротивление между коллектором и эмиттером (менее 1 Ом) и, таким образом, нижний по схеме вывод резистора R2 оказывается подключённым к нулевому потенциалу. Через последовательно включённые светодиоды в составе оптотиристоров U1 и U2 начнёт протекать ток (около 60 мА) -и они загораются, а их световое воздействие приводит к переключению p-n-p-n тиристорных структур в составе этих приборов в открытое состояние. Благодаря тому, что эти тиристорные структуры включены встречно-параллельно, как возрастающий. так и убывающий полупериоды сетевого напряжения получают доступ к обмоткам электродвигателя в составе компрессора — и он включается в работу. Его рабочая обмотка — непосредственно, а пусковая — через конденсатор С1 оказываются подключёнными к сети 220 В. При этом за счёт оптотронных пар в составе U1 и U2 достигается разделение силовой цепи и цепи управления, что весьма благоприятно для электробезопасности и надёжности работы холодильника.

Конденсатор С1 служит для запуска асинхронного электродвигателя хладоагрегата в однофазном режиме. Такие электродвигатели обычно содержат две обмотки — рабочую и пусковую, сдвинутые друг относительно друга на некоторый угол.

Ёмкость конденсатора, необходимого для запуска, можно рассчитать по формуле, приведённой в книге И. Алиева для такого рода конфигурации обмоток[2]:

С(мкф) =1600 Iн/Uн где:

Iн — фазный ток двигателя, Uн — номинальное фазное напряжение. Ещё до того как холодильник вышел из строя, удалось измерить его фазный ток (он же — ток потребления холодильником в режиме, когда компрессор работает). Измерение дало 1,6А. Номинал фазною напряжения известен — 220 В. Подставляя эти значения в формулу, получим величину от ёмкости около 12 мкФ. Для обеспечения надёжности и безопасности в работе прибора необходимо, чтобы конденсатор такой ёмкости имел запас по рабочему напряжению. Останавливаем выбор на конденсаторе К42-19-12 мкФ±10% 500 В, который обеспечивает сдвиг тока в пусковой обмотке относительно рабочей на угол около 90°. При этом сдвиг обмоток приводит к появлению в магнитном поле статора силовых пиний, содержащих крутящий момент. При воздействии их на ротор происходит запуск электродвигателя. Вместе с тем, наличие этих силовых линий создаёт некоторое препятствие рабочей обмотке выполнять свою функцию пульсирующими толчками воздействовать па ротор, поддерживая стабильность его оборотов. Вследствие этого магнитное поле, воздействующее на ротор, при таком включении начинает содержать реактивную составляющую, приводящую к возврату некоторой части мощности, потребляемой двигателем, в питающую сеть [2]. Однако, ввиду умеренности и неизменности нагрузки па валу, эти потери незначительны и оставшейся части мощности электродвигателя вполне достаточно для обеспечения работы компрессора. Это, к тому же, даёт экономию электроэнергии — холодильник потребляет от сети меньшую мощность. Фазный ток, который был измерен после модернизации холодильника, составит 1.1 А. Таким образом, необходимость использования пускового репе отпадает.

Принципиальная электрическая схема таймера, обеспечивающего работу домашнею холодильника при выходе из строя системы регулировки температуры

Наблюдения за работой агрегата ещё до его поломки, как было уже отмечено, указывают на то, что установившийся режим холодообразования в нём происходит при примерном равенстве 20-ми-путных интервалов, когда компрессор включён и когда он выключен. Однако в ходе модернизации было установлено, что такой режим обеспечивает достаточный приток холода, но при этом отток холода слишком мал. В результате чего морозилка довольно быстро (в течение 2-х недель) покрывается сильной наледью, требующей размораживания. Поэтому при сохранении указанного интервала работы компрессора, стала очевидной необходимость увеличения 20-минутного интервала, когда компрессор остановлен. при одновременном обеспечении возможности регулировки степени этого увеличения. С этой целью и был построен задающий генератор с двумя режимами формирования импульсов. Уровень лог.0 с выв.1 DD1, как указано выше, включает в работу компрессор. Он же через инвертор DD2.1 поступает на выв. 15 DD3, что переводит в замкнутое состояние входящий в состав этой микросхемы аналоговый ключ. И задающий генератор начинает вырабатывать импульсы минимальной длительности. обеспечивающие 20-минутный интервал работы компрессора. По его окончании уровень логического состояния на выв 1 DD1 меняется на противоположный. В результате этого компрессор останавливается, а задающий генератор переключается в режим формирования импульсов переменной длительности. Изменением положения движка потенциометра R5 достигается регулировка этой длительности, соответственно регулируется и интервал остановки компрессора от 20 до. примерно, 33 минут. Установкой этого интервала достигается возможность подстройки среднего уровня температуры в холодильнике.

Светодиод VD1 в составе схемы служит для индикации состояния электронною выключателя, управляющею работой электродвигателя. Этот светодиод начинает светиться, когда происходит выключение электродвигателя, и гаснет, когда он включается в работу.

Тепловое реле К1 типа РТ-10 служит для защиты от возможных перегрузок на валу электродвигателя, что, в принципе, не исключено при возникновении аварийной ситуации в кинематике компрессора. Наличие этого реле нарушает общую концепцию предложенной модернизации, которая стремится освободить холодильник от всех механических и пружинящих контактов. Однако, поскольку это реле является стабильно присутствующим элементом во всех устаревших агрегатах, причём крайне редко вступающим в действие (что сохраняет весьма высоким ресурс его работы), было решено сохранить ею. В адсорбционных холодильниках этот элемент отсутствует и поэтому в состав модернизированной схемы ею можно не включать.

Вое детали отечественного производства. Конденсатор С2 типа КМ-6. Номинальная мощность резисторов — от 0,125 Вт, кроме резистора R2, мощность которого 0,25 Вт. Источником постоянного напряжения, необходимою для питания элементов электроники в составе схемы (около 10 В), служит специальный адаптер. В качестве него приспособлен адаптер для зарядки аккумуляторов мобильного телефона фирмы MOTOROLA, который потребляет от сети мощность около 20 Вт. В случае, когда электронный выключатель асинхронного двигателя компрессора находится во включённом состоянии, токовая нагрузка на адаптер возрастет и напряжение, которое он формирует, уменьшается примерно до 6,5 В.

Конструктивно схема собрана на текстолитовой плате размерами 60×60 мм, содержащей разводку печатных проводников для монтажа электронных компонент при макетном конструировании принципиальных схем. На ней установлены все элементы схемы, за исключением конденсатора С1 и теплового реле К1, которые из-за значительных размеров установлены под днищем холодильника вблизи блока компрессора. Плата представляет собой как бы второе звено адаптера фирмы MOTOROLA и соединена с ним небольшими отрезками проводов (около 10 см), служащих для подвода к плате напряжения, формируемого адаптером, и напряжения сети. Элементы, размещённые на плате, прикрыты сверху пластмассовой крышкой, которая крепится к плате на стоечках винтами М3. Крышка имеет также отверстие под светодиод VD1 так, что он слетка выступает над поверхностью крышки и виден снаружи. С обратной стороны платы (противоположной стороне, на которой смошированы элементы принципиальной схемы), помимо монтажных проводников, осуществляющих её разводку, установлена также обычная электророзетка ХТ1, которая подключена к выходу эпектронного выключателя, управляющего работой электродвигателя, и является крышкой для обратной стороны платы. В розетку вставляется пилка от кабеля электропитания холодильника, связанного с конденсатором С1 и выводами электромотора компрессора, чем и соединяются псе элементы схемы в единое целое. Настройки схема не требует. Если все компоненты схемы исправны и соединения правильны, устройство и холодильник работают немедленно по включении.

Литература

Лепаев Д.А. Всё о ремонте электробытовых приборов. — М: 1985 г.

Алиев И. Асинхронные двигатели в трёхфазном и однофазном режимах. М: Радио Софт, 2004.

О. ЧЕРЕВАНЬ, г. Санкт-Петербург