CN101578489A - 备用变频压缩机驱动 - Google Patents

Abstract

运输制冷系统提供有仅在低能力易腐运行范围内运行的变速压缩机。这样，线电压和频率功率可在高能力运行期间使用，而相对较小的变流器可用来提供可变电压和频率以用于变速运行。可变电压和频率还可提供给变速冷凝器电动机，以在节约运行期间提供额外的冷凝能力。为了加热目的，还可用来将直流电压提供给压缩机。

Description

备用变频压缩机驱动

技术领域

本发明一般地涉及制冷系统，尤其涉及在无载运行模式期间用于压缩机的变速驱动器的可选使用。

背景技术

运输制冷系统包括被制冷的货舱和制冷系统，该制冷系统可提供热交换能力以在货舱内保持可控的温度范围。温度传感器和控制器工作连接到冷却回路(cooling circuit)，目的是为了调制其输出以便保持理想的温度水平。

冷却回路所设计的能力足能满足进入和通过可运输冷却单元的最大热损耗，并使损耗直接与外界环境温度均衡。

在冷冻条件下，控制器响应于货舱中所检测的温度来打开和关闭冷却回路以调节冷却回路。就是说，当检测温度达到较低设定点时冷却回路关闭，当检测温度达到预定的较高设定点时冷却回路打开。然而，当环境空气温度接近输送量(也就是在部分负载或所谓的冷冻条件)的温度时，冷却回路具有比所需要多的能力，并且在这种冷冻条件期间，系统不足会相当大地减少。那就是，在这种冷冻条件中，虽然冷却回路具有太多的能力，但它需要连续地运行以便保持对输送量的温度控制。

用于冷冻条件的开/关运行模式(也就是用于降低(pull down)、冷冻和完全负载冷冻条件)，包括预计60％的市场需求，而冷冻部分负载条件包括大约40％的市场需求。因此，使用当前调制或调节吸气压方法以减少能力同时在全速下运行压缩机电动机是相当低效的。另一方面，如果一直使用变速压缩机，在开/闭和降低运行模式期间由于驱动器损耗功率消耗将会过量。

发明内容

简单地说，根据本发明的一个方面，提供用于在系统在冷冻条件下的运行期间以可变速驱动压缩机。这样，就可保持持续的运行同时使功率效率最大化。

根据本发明的另一个方面，通过传统方法将压缩机功率减少到一定范围，在此范围内，通过相对较小的变流器能有效地和经济地使用变速。

根据本发明的另个一方面，提供一种变流器，以便时常在部分负载条件下运行时，选择性地应用变流器以为压缩机驱动电动机提供可变的电压和频率，以便它能在连续基础上以选择性的变速运行，进而获得高的运行效率。

根据本发明的另一个方面，在变速运行期间，如果系统能力保持大于负载需求，也可应用蒸发器流量控制装置。

根据本发明的另个一方面，在冷冻条件期间，系统将用线电压和频率运行，直到温度需求稳定为止，在这点电源将从线电压和频率转换到可变电压和频率。

在下文所描述的图形中，描述了优选实施例；然而，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可作出不同的其它修改和替代结构。

附图说明

图1是根据现有技术的蒸汽压缩系统的示意图；

图2是根据本发明的经修改的蒸汽压缩系统的示意图；

图3是根据本发明的模态运行序列的图形说明。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的蒸汽压缩系统10。蒸汽压缩系统10包括主蒸汽压缩回路(circuit)，该主蒸汽压缩回路包括压缩机12、冷凝器14、膨胀装置16和蒸发器18。这些部件通过主制冷剂管线(line)串联连接以从压缩机12的排出口13通过管线20将制冷剂流提供到冷凝器14，从冷凝器14通过管线22提供到膨胀装置16，从膨胀装置16通过管线24提供到蒸发器18，并从蒸发器18通过管线26返回到压缩机12的吸入口15。

还提供了节约器回路，并且节约器回路连接在冷凝器14和压缩机12的中间压力孔28和吸入口15至少其中之一之间。优选地，此回路以节约器制冷剂管线40的形式提供，该制冷剂管线40从冷凝器14通向辅助膨胀装置42，并从膨胀装置42经由节约器制冷剂管线44通向热交换器32。在节约器回路的典型运行模式中，节约器回路自热交换器32通过管线38延伸至压缩机12的中间压力孔28。

节约器断流阀46可方便地沿节约器制冷剂管线(例如沿管线40)放置，以便也选择性地允许和阻止通过节约器回路的流动。可备选地，如果膨胀装置42是电子膨胀装置，那么不需要阀40。

进一步根据现有技术，系统10还包括连接在压缩机12的中间压力孔28和压缩机12的吸入口15之间的旁通回路。该旁通回路允许压缩机12无载运行。旁通回路适于流经节约器热交换器32以致通过从旁通回路的流来再冷(sub-cool)主制冷流，因而可在无载运行期间使用节约器热交换器32并提高效率。因而，旁通制冷剂管线38可方便地通向节约器热交换器32，并从热交换器32通过管线36并返回到压缩机12的吸入口15。旁通断流阀34可方便地沿自热交换器32通向吸入口15的旁通管线36放置，以便选择性地允许和阻止经过旁通回路的流。

应当注意地是，整个正文提及了阻止经过某些回路或部件的流。如本文所使用的那样，这个用语实际上是指阻止流动，使得所讨论的回路基本上是不活动的，或者阻止了通过回路的流的相当大的部分。

主制冷剂管线22流经节约器热交换器32，以便在热交换器32中经受与管线38中的流的热传递关系。因而，热交换器32适于接收来自主制冷剂管线22的第一流和来自节约器回路和旁通回路至少其中之一的第二流，并且在二者全载节约运行下发生传热，并也有利地在部分负载运行中发生传热。

通过这种配置，当压缩机12运行在无载状态中时，阀34打开以使制冷剂的一部分(表示流过压缩机12的制冷剂中被压缩成中间压力的部分)经过中间压力孔28，从而使压缩机12无载。

在无载运行模式中，主制冷剂流在节约热交换器32中再冷，以在此运行模式下使系统的性能增强。在这点上，根据中间压力孔28的位置，流出该孔的流的中间压力相对接近于吸入压力，从而增加节约热交换器32中的传热相互作用的可用温度差。

如果电控地话，控制元件48可方便地提供且与断流阀34、46或膨胀装置42操作地相关联，以便选择性地将这些阀中的任何一个置于关闭或打开位置，以便允许系统10如所期望的在全载节约模式或无载模式下运行，同时使热交换器32仍然活动并增强系统的性能。当然，系统10也能在全载非节约模式下运行同时阀34、46关闭。

作为备选或除在无载运行中使用的旁通特征之外，蒸发器流量控制装置49可随系统上的负载减少而开始使用。蒸发器流量控制装置49可以是不同类型，例如吸入调制阀或脉冲宽度调制阀，其目的是减少到压缩机的制冷剂流量，如此一来，就可在压缩机能力和负载之间平衡以防止以低线圈温度运行。蒸发器流量控制装置也可以是PWM(脉冲宽度调制)型压缩机，该PWM压缩机是具有集成卸载系统的涡旋式压缩机，该集成卸载系统利用脉冲宽度调制需求信号使啮合涡旋齿(intermeshing scroll wrap)接合或分离。压缩机卸载经由旋转运动涡旋装置与非旋转运动涡旋装置的分离/提升来完成。该分离经由流体旁通PWM电磁阀(solenoid valve)来控制。通过使电磁阀脉动而使压缩机在高能力和低能力之间切换从而最终控制能力调制。

现在参考图2，图1实施例中的压缩机12由压缩机51替代，该压缩机51能够有选择地在固定速度运行模式或变速运行模式下运行。压缩机51可以是往复式压缩机，但它也可以是另一种类型，例如，螺旋式压缩机或旋转式压缩机。

压缩机51通过多个电力连接器53直接电连接到控制器52。压缩机51也通过多个电力连接器54电连接到变流器(inverter)56，其又通过连接器57连接到控制器52。变流器56的控制由控制器52通过连接器58发生。线功率(line power)经由线路59供给控制器52。

如图所示的装置，压缩机51通过接触器61和62的操作而被选择性地操作，用以对压缩机51提供线电压和频率或可变电压和频率。那就是，随着接触器61的关闭和接触器62的开启，线电压将经由连接器53提供给压缩机。备选地，随着接触器62的关闭和接触器61的开启，线电压和频率将提供给变流器56，并且变流器56将经由连接器54将可变电压和频率给提供给压缩机51。

在图2的实施例中，调制阀49以同于图1中的实施例的方式提供，但图1的实施例中所示的旁通回路已被移除。因此，本发明将按照有调制阀和没有旁通回路来描述。然而，应该了解的是，本发明同样在具有旁通回路的系统中是有用的。

现在参考图3，示出了货物温度变化和供应温度变化的典型图示，当系统运行倾向于无载条件下运行时，这两种温度随着时间变化。如图所示，随着时间的流逝，货物温度逐渐降低到接近供应温度，并且最后到达设定点。

在图3的较低部分，示出了当在部分负载和无载条件下运行时不同运行模式的顺序。这些运行模式对应于上述直接的温度条件。就是说，对于部分负载条件，其中货物温度和供应温度之间的差大体上为常数，压缩机51在使用线电压和频率的节约模式中运行。这由线F-E示出。

当货物温度和供应温度之间的差开始减少时，压缩机自节约模式切断并进入使用线电压和频率的标准运行模式。当负载降低到易腐范围时使用该模式。这个运行模式在图3中的E-D示出。

在模式2运行中，该模式用于在冷冻时并当冷冻负载降低到易腐范围时启动，压缩机在使用线电压的无载模式下运行，并使用上文所描述的蒸发器流量控制装置49。

因此可见，在各个运行模式2、3和4中，压缩机转速(compressorspeed)将保持常数。然而，当就蒸发器流量控制装置从节约模式到标准模式再进入无载模式时，应该认识到，压缩机使用的功率数相当大地减少了。结果，当变流器56被接触器62接通时，对于在由管线CBA所表示的模式1下的运行，需要的功率已经减少到一种程度，即是所要求的变流器56的大小从否则会要求的大小相当大地减少。例如，变流器按5千瓦的尺寸制作，而不是按10-11千瓦的运行尺寸制作。那就是说，当仅在模式1中使用时因为蒸汽压缩的热力学，驱动器的尺寸可以更小，闭合冷却系统使系统压缩功率大致线性地减低，其原因是固有的吸入气体密度大体上随着易腐范围中的较低箱温度而改变。当在设定点附近时，在降低后吸入气体密度和质量流的减少允许明显较小的可变速驱动。

当系统具有比所需更多的能力时，为易腐产品使用运行模式1。易腐产品需要精密的温度控制，其在系统持续地运行时能最佳地获得。

在模式1中，系统将在无载压缩机运行模式中使用线电压和频率运行，然后蒸发器流量控制装置49将接合直到温度需求稳定为止。在调制阀开始关闭和全关闭之间的某个时候，控制器52将决定切换接触器61和62以关闭线电压和频率，并切换到可变电压和频率以便在变速的基础上运行压缩机51。在那种模式下，控制器52将精确地控制压缩机转速以便为所有的易腐条件提供运输负载的正确温度。变速将趋向最小化的优化速度，然后如果系统能力保持比运输负载需求高，运行蒸发器流量控制装置49直到获得稳定的温度控制为止。相反地，当最优的最高速度在无载运行模式中获得并且需要更高的冷却能力时，系统将切换接触器61和62以便恢复具有线电压和频率的固定速度运行。

因为在高能力条件不在压缩机上使用变速驱动器，有利地是将变速驱动器切换到冷凝器风扇电动机，以增大风扇转速，以增加冷凝器风扇性能，其中冷凝器的能力是受限的。通过将冷凝器尺寸保持在其最小值但允许系统在高温度下降条件下更有效，这将提供成本优势，通过减少排出温度和压力增加了压缩机的可靠性，并且使用了未被使用的关键部件。

仅在模式1中应用变速驱动器是有利的，因为模式1提供冗余系统。那就是说，如果由于某些原因驱动器在运输期间故障，系统在没有变速驱动器的情况下可成功地运行，并且通过使用电流控制策略而没有负载损失。此外，驱动可靠性将更好，这是因为它将在轻负载条件下运行。

变速驱动器可通过将小的直流电压应用到用于artic应用的压缩机来加热压缩机电动机，其中，曲轴箱加热器可单独地应用和购买。变速驱动器能代替加热器，并且可作为标准组合件提供给所有顾客，以减少成本和可靠性。关于这个，本发明将允许冷却系统具有在全球所有区域工作的能力，而不需要特别的修改或选择。

Claims (18)

1.一种操作一种类型的运输制冷系统的方法，该类型的制冷系统具有压缩机和相关联的蒸汽压缩回路、节约器回路以及蒸发器流量控制装置，该方法包括步骤：

为压缩机提供可变速能力；

提供变流器，以选择性地提供线电压和频率或者可变电压和可变频率功率给所述压缩机；

在高能力运行期间以固定速度操作所述压缩机以使负载下降到易腐范围；以及

在易腐范围内的低能力运行期间以可变速度操作所述压缩机。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在固定速度运行期间，蒸汽压缩回路与节约器回路结合使用。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在固定速度运行期间，蒸汽压缩回路在没有节约器回路的情况下使用。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在固定速度运行期间，蒸汽压缩回路与蒸发器流量控制装置结合使用。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在低能力运行期间，将线电压和频率功率提供给压缩机。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，使用蒸发器流量控制装置，直到温度需求稳定为止。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当蒸发器流量控制装置阀开始关闭时，线电压和频率功率将切换到可变频率电压和可变频率功率，以便以变速驱动压缩机。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：提供变速冷凝器风扇电动机，并在用节约器运行时，选择性地对其应用可变电压和频率功率。

9.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：使用可变频率和电压功率以将直流电压提供给压缩机用于加热目的。

10.一种操作一种类型的运输制冷系统的方法，该类型的制冷系统具有带节约器的蒸汽压缩回路、蒸发器流量控制装置和压缩机，该压缩机通过控制器接收来自电源的功率，并且适用于时常在部分负载条件下运行，该方法包括如下步骤：

提供变流器，以接收来自电源的固定电压和频率，并将其转变为可变电压和频率功率输出；

提供压缩机，该压缩机能在固定或可变速运行下运行；

提供开关以选择性地在回路中包括变流器或从所述回路中排除所述变流器，以对所述可变速压缩机提供固定电压和频率或者可变电压和频率；以及

仅在部分负载运行条件期间，使用所述可变电压和频率。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在固定速度运行期间，蒸汽压缩回路与节约器回路结合使用。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在固定速度运行期间，蒸汽压缩回路在没有节约器回路的情况下使用。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在固定速度运行期间，蒸汽压缩回路与蒸发器流量控制装置结合使用。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在低能力运行期间，将固定电压和频率功率提供给压缩机。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，使用蒸发器流量控制装置，直到温度需求稳定为止。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，当蒸发器流量控制装置开始关闭时，线电压和频率功率将切换到可变频率电压和频率功率，以便以变速驱动压缩机。

17.如权利要求10所述的方法，进一步包括如下步骤：提供变速冷凝器风扇电动机，并在用节约器运行时，选择性地对其应用可变电压和频率功率。

18.如权利要求10所述的方法，进一步包括如下步骤：使用可变频率和电压功率以将直流电压提供给压缩机用于加热目的。

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