Устройство современных бытовых холодильников

Бытовые холодильники различаются по очень многим показателям — начиная от компоновки, и заканчивая системами управления.

Компоновку основных элементов холодильников нет смысла подробно описывать, потому что как таковых их немного, да и они все на виду:

• испарители расположены внутри камер;

• конденсатор — с внешней стороны задней стенки;

• компрессор — сзади в поддоне;

• элементы управления находятся под верхней крышкой или в дверце.

Рис. 1 схематично иллюстрирует взаимодействие основных агрегатов и устройств холодильника в варианте классической компоновки (однокомпрессорный вариант, без системы «No Frost» и др.).

Рис. 1. Основные агрегаты и узлы холодильника классической компоновки

На рис. 2 на примере холодильника «Стинол 101» показана принципиальная электрическая схема подобного аппарата.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема холодильника «Стинол 101»

Рассмотрим назначение компонентов, показанных на этих рисунках.

Компрессор предназначен для сжатия паров хладагента и нагнетания его под высоким давлением (более 10 атмосфер) в холодильный контур. Внешний вид компрессора, который используется в бытовых холодильниках, показан на рис. 3 В зависимости от назначения бытовых холодильников, в них может устанавливаться один или два компрессора.

Рис. 3. Внешний вид компрессора

Конденсатор — это теплообменник, который при переходе хладагента из газообразного в жидкое состояние обеспечивает отвод избыточного тепла в окружающую среду. Обычно он расположен с внешней стороны задней стенки холодильника и представляет собой определенным образом изогнутую металлическую трубку (обычно, изгибается в виде «змейки»), соединенную с объемной ребристой поверхностью для эффективного отвода тепла.

Рис. 4. Внешний вид капиллярной трубки

Основное назначение фильтра-осушителя — удаление из системы воды и очистка хладагента от механических загрязнений. Внешний вид фильтра-осушителя показан на рис. 5.

Рис. 5. Внешний вид фильтра-осушителя

Датчики-реле температуры (терморегуляторы) предназначены для поддержания заданной температуры в холодильной и (или) морозильной камерах холодильников. Они являются основным узлом системы контроля температуры. Терморегуляторы работают в заданном температурном коридоре (последний в определенных пределах можно корректировать с помощью специального механического регулятора и юстировочных винтов). Если температура камеры холодильника выше верхней границы этого температурного коридора, то реле включает мотор компрессора, когда температура опускается ниже заданной границы, реле отключает мотор. Эти приборы достаточно просты — они имеют в своем составе электрические контактные группы (используются в цепи питания компрессора), управляемые специальным манометрическим датчиком с капиллярной трубкой (часть указанной трубки помещается в камеру холодильника для контроля температуры). Внешний вид терморегуляторов показан на рис. 6.

Рис. 6. Внешний вид терморегуляторов

Однако, похоже, терморегуляторы отживают свой век. В настоящее время на рынке появились бытовые холодильники с электронными системами управления (СУ). Кроме основной функции — контроля и поддержания заданных температурных режимов в камерах холодильников, эти системы обеспечивают выполнение дополнительных функций и режимов. Остановимся на этом подробнее.

Начнем с того, что в холодильниках с электронными системами управления отсутствуют терморегуляторы в их классическом исполнении. Контроль температуры в камерах холодильника обеспечивают специальные датчики-термисторы. Они изменяют свое внутреннее сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды. Естественно, точность определения температуры с помощью подобных датчиков выше по сравнению с классическими терморегуляторами. Подобных датчиков-термисторов в холодильнике может быть несколько. Они располагаются не только в холодильной и морозильной камере холодильника, но и используются для контроля температуры корпуса испарителя, генератора льда и внешней окружающей среды. На основе показаний подобных датчиков система управления холодильника, в соответствии с ранее установленными пользователем программами и режимами работы аппарата, обеспечивает функционирование исполнительных устройств. Набор подобных устройств иллюстрирует блок-схема холодильников SAMSUNG серии RL33 (рис. 7).

Рис. 7. Блок-схема холодильников SAMSUNG серии RL33

На ней, кроме уже известных нам компрессора и температурных датчиков, показаны нагревательные элементы, вентилятор «No Frost» и др. Внешний вид разновидностей вентиляторов показан на рис. 8.

Рис. 8. Внешний вид вентиляторов системы «No Frost»

Как видно из рис. 7, управляющая электроника этой серии холодильников выполнена на двух платах. Одна из них выполняет функции индикации и местного управления, а вторая — функции контроля и управления исполнительными устройствами холодильника. На основной плате расположен управляющий микропроцессор, источник питания, другие узлы и схемы.

Перечислим элементы на этой схеме, которые ранее не упоминались:

• редукторный электродвигатель привода воздушной заслонки (заслонка открывается, чтобы открыть канал доступа воздуха);

• геркон воздушной заслонки (контролирует положение заслонки);

• сетевой трансформатор (вырабатывает переменное напряжение для источника питания в составе основной платы).

На самом деле, набор внешних элементов может быть различным — все зависит от типа холодильника, его конструкции, компоновки, функциональной насыщенности и других факторов.

Приведем еще один более сложный пример — на рис. 9 приведена принципиальная схема электронных плат и их внешних элементов холодильников «Side-by-side» SAMSUNG серий SR-S24/S25/S26/S27.

Рис. 9. Принципиальная схема электронных плат и их внешних элементов
холодильников «Side-by-side» SAMSUNG серий SR-S24/S25/S26/S27

На примере этой схемы остановимся на особенностях схемотехнических решений систем управления современных холодильников. Схема состоит из трех модулей: основного модуля (MAIN PCB), модуля панели управления (PANEL РСВ) и модуля внешних устройств (SET). На самом деле, никакого модуля внешних устройств в физически не существует — подобное название является условным.

Начнем с внешних устройств, которые можно разделить на несколько групп:

• датчики температуры — терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Они используются для контроля температур в холодильном и морозильном отсеках, на корпусе конденсатора, а также температуры окружающей среды;

• вентиляторы (FAN): используются, в том числе, в системе «No Frost»;

• электромоторы (М, MOTOR): могут использоваться, например, в генераторе льда, для размельчения льда и др.;

• нагревательные элементы (HEATER): используются для повышения эффективности работы системы оттайки;

• электромагнитные клапаны (VALVE): используются, например, в системе получения холодной питьевой воды и др.;

• компрессор: его назначение рассматривалось выше;

• различные переключающие устройства (S/W): используются, например, для включения отдельных узлов, для контроля закрытия дверцы и др.;

• другие устройства (инвертор питания лампы подсветки и др.).

Панель управления (PANEL PCB) представляет собой электронную плату, на которой расположены светодиодные индикаторы и управляющие кнопки.

Рассмотрим подробнее основную плату MAIN РСВ. Основой всей системы управления холодильника является микроконтроллер типа TMP87CC40N. Он содержит в своем составе: процессорное ядро, набор таймеров, ОЗУ, ПЗУ, различные порты ввода/вывода и др. Для обеспечения работы этой микросхемы используются схема начального сброса IC02 (КА7533) и кварцевый резонатор XTAL (4 МГц).

Питание элементов платы обеспечивают линейные стабилизаторы напряжения +5 В (КА7805А) и +12 В (КА7812). Напряжение +5 В используется для питания процессора и схемы RESET, a +12 В — интегральных многоканальных ключей (типов ULN2003A и UPA2981° C). Питание на стабилизаторы поступает от сетевого трансформатора LVT.

Все внешние элементы, потребляющие значительный ток (компрессор, нагреватели, электрические клапаны, соленоиды) управляются реле RY71-RY79. Управляющие сигналы на них поступают с микроконтроллера через ключевые схемы. Отметим, что подобное техническое решение, при котором внешние силовые элементы холодильника управляются с помощью реле, не является единственно возможным. На рис. 10 показаны платы управления одной из моделей холодильника AEG.

Рис. 10. Платы управления холодильника AEG

На них в качестве силовых управляющих элементов используются симисторы.

Сигналы с температурных датчиков (рис. 9) поступают на входы аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) в составе микроконтроллера и обрабатываются в соответствии с заложенной в микросхему программой. Подобная программа является оригинальной для конкретной модели холодильника.

Сигналы с контактных датчиков (переключателей) поступают на обычные цифровые входы портов микроконтроллера.

Данный тип основной платы позволяет использовать до трех панелей управления: одну в составе модуля, и две внешних (PANEL PCB и ICE-MAKER KIT).

Внутренняя панель управления в составе MAIN PCP обладает определенной избыточностью — к ней можно подключить до 40 кнопок (реализована матрица типа «строка-столбец», которая подключена к выводам 33-45 микроконтроллера), а в данном конкретном случае подключено всего три кнопки. Сделано это для того, чтобы при использовании данной платы в других моделях холодильников указанных серий, потребовались бы минимальные конструктивные переделки.

Отметим еще одну схемотехническую особенность подобного модуля — многоканальные интегральные ключи используются не только для управления реле, но и для реверсивного вращения мотора привода лотка (плата ICE-MAKER KIT), а также для обеспечения динамической индикации и функционирования кнопок на плате PANEL PCB.

Из описания схемы видно, что схемотехника электронной части современного холодильника довольно проста и, соответственно, подобные электронные модули вполне ремонтопригодны (за небольшими исключениями). Этот аспект необходимо учитывать при диагностике и замене неисправных компонентов на подобных платах.

Опубликовано в «Серия „РЕМОНТ“, выпуск 102» (Приложение к журналу «Ремонт & Сервис») М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2008