CN101194131A - 用于低速操作的变速压缩机马达控制器 - Google Patents

用于低速操作的变速压缩机马达控制器 Download PDF

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Abstract

一种变速驱动器设置用于致冷剂系统内的压缩机。在通过致冷剂系统控制器确定低负载情况下，变速驱动器将压缩机运动到操作的低速模式。在这种情况下，如果速度很低，便不能确保压缩机元件的充分油润滑，那么马达速度周期地增加到确保适当润滑的程度。以此方式，变速驱动器压缩机可以在极低速度下操作，以便准确地匹配致冷剂系统的负载要求。本发明可以延伸超过致冷剂系统的应用，并且延伸到其润滑取决于速度的任何油润滑压缩机。

Description

用于低速操作的变速压缩机马达控制器
技术领域
本发明涉及一种用于变速压缩机马达的控制器，其中压缩机可以在极低速度下长时间操作，同时始终保持充分润滑。
背景技术
致冷剂系统用于许多应用中以便调节环境。特别是，空气调节器和热泵用来冷却和/或加热进入环境的空气。环境的冷却或加热负载会随着环境情况、居住程度、敏感和潜在负载要求的情况变化而变化，并且温度和/或湿度设定点通过环境的居住者调节。
在改善致冷剂系统效率中广泛应用的特征是用于压缩机马达的变速驱动器的使用。通常，压缩机不需要在全速下操作，例如在致冷剂系统的冷却负载相对低时。在这种情况下，会希望减小压缩机速度，并且因此减小致冷剂系统的总体能量消耗。变速驱动器的应用是增加系统性能并且减小设备在操作环境以及特别是局部负载的情况的可能应用的宽范围上的寿命周期成本的最为有效的技术之一。
但是，所需的可靠性问题为所需压缩机速度减小设置了下限。特别是，压缩机元件的不充分润滑在低操作速度下造成问题。这种情况经常出现，这是由于压缩机油的递送依赖于安装在压缩机内的泵的操作，其中油泵输送压头受到操作速度的强烈影响。如果压缩机操作速度减小到一定程度之下，油泵不能产生将油输送到在压缩机内需要润滑的部件的所需压头。这造成这些部件的不充分润滑以及随后的压缩机损坏。最为受到影响的内部部件是远离泵入口定位的部件。因此，压缩机通常设定确保压缩机充分润滑所需的最低速度(通常是45Hz)。甚至特别设计用于变速操作并且结合油增加润滑的特殊结构(例如特殊油泵)的压缩机通常不能在30Hz以下操作。但是，由适当润滑需求所形成的最小速度极限也会需要减小到30Hz以下，以便在局部负载下实现有效操作。即，由于最小速度的限制，通过变速驱动器可以提供的许多能效被大部分消除。因此，需要提供一种压缩机，该压缩机在比当前结构所能实现的速度低的平均速度下操作。
发明内容
在本发明的所披露实施例中，压缩机设置变速驱动器。在检测到低负载时，压缩机运动到低速，以便在该环境中保持足够的条件，而不转换到操作的启动-停止模式。实际上，由于可靠性问题，压缩机可运动到远远低于通常被推荐为最低速度的速度。压缩机可以在此低速下操作一定时间周期。压缩机速度周期地增加到确保压缩机元件充分润滑的程度。通过在较高速度下周期地驱动压缩机，本发明确保润滑剂的总体充分供应被提供到压缩机元件上。本发明依赖于留在部件内的残留油，这些部件需要在压缩机以低速操作时润滑。短促高速将油递送到需要润滑的部件上。通过使得压缩机在低速下操作，并且在高速下操作短时间周期，本发明的平均压缩机操作速度可以远远低于现有技术形成的最小速度。在本发明的优选实施例中，脉冲宽度调制技术用来改变压缩机的马达速度。
虽然，出于说明目的，本发明相对于结合有涡旋压缩机的致冷剂系统进行描述，本发明可适用于变速油润滑压缩机，该压缩机的油递送机构取决于压缩机操作速度。本发明的这些和其它特征可以从以下说明书和附图中更好理解，随后是附图的简单描述。
附图说明
图1是结合本发明的致冷剂系统的示意图；
图2是本发明的简明流程图；
图3是表示按照本发明的平均速度的图表；
图4表示致冷剂系统的另一示意图。
具体实施方式
致冷剂系统19表示在图1中，该系统具有结合有非轨道运动涡旋(scroll)构件22和轨道运动涡旋构件24的涡旋压缩机21。如公知那样，轴26通过电马达28驱动，以便造成轨道运动涡旋构件24进行轨道运动。如上所示，变速驱动器30被示意地连接，以便驱动电马达28。油泵32和轴26内的油通道34如公知那样将油供应到压缩机21内的多种运动元件上。
如公知那样，冷凝器36定位在压缩机21的下游，膨胀装置38定位在冷凝器36的下游，并且蒸发器40定位在膨胀装置38的下游。同样如公知那样，压缩机21通过电马达28驱动，以便压缩致冷剂蒸气，并且将其驱动通过致冷剂系统19。来自于油泵32的油递送到压缩机元件，以便提供例如曲轴箱轴承100、轨道运动涡旋轴承102、固定涡旋22以及轨道运动涡旋24的压缩机部件的适当润滑，同时一定量的油和致冷剂一起离开压缩机21，并且循环通过致冷剂系统19。具有涡旋压缩机的大多数典型的油递送系统之一同样表示在图1中，其中来自于油泵32的油通过油拾取管110拾取，并且如上所述沿着油通道34递送到多种压缩机部件。某些油可以经由抽吸口120通过进入压缩机的致冷剂递送。但是，大多数油的递送通过如上所述从油泵递送油来实现。在现有技术中，在变速驱动器用于致冷剂系统中，设计者受到压缩机21的轴26的最小操作速度(轴的操作速度非常接近操作频率)的限制。如果速度长时间降低到一定程度，不足量的油经由油通道递送到需要润滑的压缩机部件。因此，对于低冷却负载的情况，其中少量的压缩致冷剂需要循环通过系统，例如45Hz的最小速度通常是将循环致冷剂数量减小到所需数量并同时确保充分润滑的限制因素。
图1表示可以结合在致冷剂系统19内的附加特征。作为实例，包括节约器回路，并且具有节约器热交换器18。主要液体管线13具有从主要液体管线分出并且经过节约器膨胀装置115的抽头管线11。抽头管线11和主要液体管线13都穿过节约器热交换器18。实际上，并且在应用中，抽头管线内的致冷剂流通常相对于主要液体管线13内的流动在逆流方向上经过节约器热交换器。但是，为了简化附图中的说明，它们表示在相同方向上。如公知那样，节约器回路使得主要液体管线内的致冷剂过冷，并且因此增加致冷剂系统19的性能(能力和/或效率)。节约器注射管线20表示成延伸回到压缩机21，并且经由例如通道23的通道将中间压力致冷剂注射到压缩机腔室内。节约器回路的功能和结构是公知的，但是它包括创新的马达控制器30，以提供一种具有更大灵活性的致冷剂系统，从而增强致冷剂系统19的操作。卸载器管线17包括卸载器阀200。卸载器阀200有选择地开启，以便将部分压缩的致冷剂从压缩腔室经由通道23返回到压缩机21的抽吸口120。卸载器功能为致冷剂系统的设计者提供性能调节和优化的额外自由度。
基本上，在需要较大能力时，通过卸载器阀关闭而利用节约器功能。作为选择，如果需要较低能力，节约器膨胀装置115(或者分开的关断装置)关闭，而卸载器阀200开启。以此方式，递送到冷凝器36的压缩致冷剂的数量减小。同样，如果希望提供致冷剂系统19的另一中间阶段的能力，通过开启节约器膨胀装置115和卸载器阀200两者，将节约器功能与卸载器功能相结合。
这些系统构造与下面描述的变速马达控制器相结合为致冷剂系统的设计者提供更大的自由度和灵活性。
应该理解到马达控制器30包括从致冷剂系统的多个位置接收输入并且确定何时需要压缩机马达的较低速度的程序。
本领域的普通技术人员将理解到与其它可变参数相比何时较低速度是需要和优选的。
如图2所示，致冷剂系统19的控制器确定致冷剂系统19的负载要求，并且如果负载要求低，速度降低到适当程度。在减小压缩机速度模式中，如果采用非常低的速度(例如45Hz以下)，那么速度周期地增加(例如到45Hz以上的程度)，以确保充分的润滑提供给压缩机元件。
例如图3所示，脉冲宽度调制技术可用来将压缩机速度从20Hz以下的程度周期地增加到50Hz的程度。如图3的实施例所示，这可以造成低达25Hz的平均速度，同时始终确保压缩机元件的充分润滑。当然，特定频率和调制时间间隔只是实例，并且取决于压缩机设计规定。本发明的主要目的在于在致冷剂系统19和压缩机21需要低负载时使得压缩机在显著减小的速度下操作。压缩机速度可以减小到远远低于确保适当润滑剂循环所需的速度，并且接着压缩机速度周期地增加。
可以理解到，平均速度可以如下计算：
平均速度＝低速×(低速时间的％)+高速×(低速时间的％)
在实例中，与高速相比，较长时间地采用低速。在所披露的实例中，20Hz的速度持续20秒，而50Hz的速度只持续5秒。换言之，较低速度可以持续较高速度的两倍长的时间。另外，实现充分润滑。再者，所需调制间隔和最大和最小压缩机速度可随着压缩机设计、所需平均操作速度以及系统操作条件而变化。
同样可以从图3理解到，会具有与例如不同操作条件相关的多个高速等级(高1、高2)和多个低速等级(低1、低2)。再者，结合到控制器30内的程序会设置这些变量。再者，可以根据系统考量来选择多种速度。
图4表示在致冷剂系统中具有各自包括压缩机21、冷凝器36、膨胀装置38和蒸发器40的多重独立致冷剂回路的另一示意图。压缩机21的马达设置变速驱动器30。虽然这两个回路以简化方式表示，应该理解到例如节约器和卸载器功能的多种附加元件可以结合到系统内。明显的是致冷剂系统可结合两个以上的独立回路，并且不必须是每个压缩机设置变速驱动器。
应该理解到虽然本发明相对于结合有涡旋压缩机的致冷剂系统进行描述，本发明还可适用于采用根据速度操作的油递送机构的任何变速油润滑压缩机。
虽然披露了本发明的优选实施例，本领域普通技术人员将理解到某些变型将在本发明的范围内。为此，应该研究以下权利要求来确定本发明的范围和内容。

Claims (31)

1.一种致冷剂系统，包括：
压缩机和用于驱动所述压缩机的电马达、用于改变所述电马达的速度的变速驱动器；
所述压缩机下游的冷凝器、所述冷凝器下游的膨胀装置以及所述膨胀装置下游的蒸发器；以及
所述变速驱动器将所述压缩机运动到低速操作，并且所述变速驱动器在低级速度下操作所述压缩机，并且接着朝着较高级速度周期地增加所述压缩机的速度，其中所述较高级速度被选择成确保压缩机元件的充分润滑。
2.如权利要求1所述的致冷剂系统，其特征在于，所述变速驱动器设置程序，以便确定所述压缩机何时需要在所述低速下操作。
3.如权利要求1所述的致冷剂系统，其特征在于，所述变速驱动器设置脉冲宽度调制控制器，以便在所述较高级速度下周期地驱动压缩机。
4.如权利要求1所述的致冷剂系统，其特征在于，所述压缩机选自包括涡旋压缩机、转动压缩机、往复运动压缩机和螺杆压缩机的组中。
5.如权利要求1所述的致冷剂系统，其特征在于，用于驱动压缩机的轴具有润滑通道，润滑剂从压缩机壳体内的储槽向上运动通过所述润滑剂通道到所述压缩机的部件。
6.如权利要求1所述的致冷剂系统，其特征在于，与在所述较高级速度下驱动所述压缩机相比，所述变速驱动器在所述低级速度下驱动所述压缩机较长的时间周期。
7.如权利要求6所述的致冷剂系统，其特征在于，所述低级速度持续所述较高级速度两倍以上的时间。
8.如权利要求1所述的致冷剂系统，其特征在于，致冷剂系统包括多个回路，至少一个所述回路具有变速驱动器以便如上所述控制所述压缩机。
9.如权利要求1所述的致冷剂系统，其特征在于，节约器回路结合到致冷剂系统内。
10.如权利要求1所述的致冷剂系统，其特征在于，所述压缩机设置卸载器回路。
11.如权利要求1所述的致冷剂系统，其特征在于，致冷剂系统设置节约器回路和卸载器回路两者。
12.如权利要求1所述的致冷剂系统，其特征在于，所述较高级速度可以根据致冷剂系统操作条件而变化。
13.如权利要求1所述的致冷剂系统，其特征在于，所述低级速度可以根据致冷剂系统操作条件而变化。
14.如权利要求1所述的致冷剂系统，其特征在于，所述较高级速度包括可被选择的多级速度。
15.如权利要求1所述的致冷剂系统，其特征在于，所述低级速度包括可被选择的多级速度。
16.一种压缩机，包括：
压缩机泵单元和用于驱动所述压缩机泵单元的电马达，所述电马达设置变速驱动器；以及
所述变速驱动器将所述压缩机运动到低速操作，并且所述变速驱动器在低级速度下操作所述压缩机，并且接着朝着较高级速度周期地增加所述压缩机的速度，其中所述第二较高级速度被选择成确保压缩机元件的充分润滑。
17.如权利要求16所述的压缩机，其特征在于，所述变速驱动器设置脉冲宽度调制控制器，以便在所述较高级速度下周期地驱动压缩机。
18.如权利要求16所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机选自包括涡旋压缩机、转动压缩机、往复运动压缩机和螺杆压缩机的组中。
19.如权利要求16所述的压缩机，其特征在于，用于驱动压缩机的轴具有润滑通道，润滑剂从压缩机壳体内的储槽向上运动通过所述润滑剂通道到所述压缩机的部件。
20.如权利要求16所述的压缩机，其特征在于，与在所述较高级速度下驱动所述压缩机相比，所述变速驱动器在所述低级速度下驱动所述压缩机较长的时间周期。
21.如权利要求16所述的压缩机，其特征在于，所述低级速度持续所述较高级速度两倍以上的时间。
22.如权利要求16所述的压缩机，其特征在于，节约器注射口延伸到压缩机内。
23.如权利要求16所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机设置卸载器回路。
24.如权利要求16所述的压缩机，其特征在于，压缩机设置节约器回路和卸载器回路两者。
25.如权利要求16所述的压缩机，其特征在于，所述较高级速度可以根据致冷剂系统操作条件而变化。
26.如权利要求16所述的压缩机，其特征在于，所述低级速度可以根据致冷剂系统操作条件而变化。
27.如权利要求16所述的压缩机，其特征在于，所述较高级速度包括可被选择的多级速度。
28.如权利要求16所述的压缩机，其特征在于，所述低级速度包括可被选择的多级速度。
29.一种操作致冷剂系统的方法，包括如下步骤：
(1)为压缩机设置变速驱动器，并且检测与所述压缩机相关的致冷剂系统上的负载；
(2)识别低负载情况，并且在已经识别低负载情况时将所述压缩机运动到低速操作；
(3)在低级速度下操作所述压缩机，并且将所述压缩机速度向上周期地运动到较高级速度，其中所述较高级速度被选择成确保压缩机元件的充分润滑。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，与在所述较高级速度相比，所述低级速度持续较长的时间周期。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述低级速度持续所述较高级速度两倍以上的时间。
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