CN101688714A - 压缩机马达控制 - Google Patents

Abstract

一种压缩机，其当检测到某些运行条件时可敏感地保护性停机，其包括控制特征，其中当压缩机经过一段时间重新启动时，可以使得压缩机运行在卸载模式，从而不太可能再发生停机。

Description

压缩机马达控制

【技术领域】

本发明通常涉及制冷系统，尤其涉及选择性地卸载制冷系统的压缩机。

【背景技术】

空调和制冷系统通常包括检测压缩机何时过载的保护机构。当这种条件被检测到时，压缩机通常要停机一段时间，然后在停机之后通常再重新启动。在一些情况下，当压缩机探测到灾难性故障时，直到操作员、技术员或维修人员识别到这种故障的根源时，压缩机才会重新启动。通常地，保护机构与马达中的电流和/或马达温度的测量有关，或者与这些参数在保护装置上的直接效应有关，例如响应于此而发生的电动马达线路中断。

这种条件通常会发生在最需要冷却的高温周围环境，制冷系统在极端高的负荷下运行以满足这些冷却需求。也就是说，在这期间，如果由于保护装置接合而导致压缩机马达停机，则将不会给受调节空间的居住者或冷藏室中的食品冷藏提供制冷。当马达重新启动时，它仍将遭受高负荷条件，并且有可能在相对短的时间段内再次停机。因此，当提供很少制冷或不提供制冷时，则可以延长高于预期的温度条件的期间，而导致气候控制的环境的居住者的不舒适或者冷藏容器中的食品损坏。在极端的环境条件施加到制冷系统上的这些时间段内，即使以降低的速度获得一些制冷也是期望的。

【发明内容】

简单地，根据本发明的一个方面，处在或接近发生线路中断停机之后压缩机马达重新启动的时间，使得压缩机运行在减少负荷模式，从而不太可能导致另一线路中断停机的发生。

根据本发明的另一个方面，当预料到和可能发生压缩机停机时，压缩机切换到下一个较小加载运行模式，以避免或防止停机条件。

根据本发明的又一个方面，通过将制冷系统从节约模式切换到不节约模式，从不节约模式切换到旁通模式，通过吸入调节阀抑制流，或者以脉宽调节方式操作吸入调节阀，可以实现压缩机的卸载。

根据本发明的另一个方面，通过以下方式中的至少一种：用于压缩机马达的变速驱动、用于压缩机马达的多速驱动、压缩元件中的至少一些的永久脱离、以脉宽调节方式的压缩元件的接合-脱离、可变空气管理系统以及制冷系统中的可变数量的主动热交换器，可以实现压缩机的卸载。

通过本发明的再一个方面，可以采取措施以计算线路中断停机发生的次数，并且仅在预定时间段内发生预定数量的线路中断停机之后，才使得压缩机卸载。

通过本发明的又一个方面，可以采取措施以在遇到某些预定条件之后返回到更多加载运行模式。

以下所述的附图中，描述一个优选实施方式，但是，可以对该优选实施方式作出其他各种修改和替代构造，而不脱离本发明的精神和范围。

【附图说明】

图1是本发明在纳入制冷系统时的示意图。

图2是描述根据本发明的典型控制方法的流程图。

图3是本发明的执行结果的图示。

【具体实施方式】

图1示意性地揭示了一种制冷回路，在该制冷回路中，以典型的串行制冷剂流关系连接压缩机11、冷凝器12、膨胀装置13以及蒸发器14。定位冷凝器12，使得冷凝器风扇16将环境空气越过那里传送走，为的是使过热蒸汽脱过热、冷凝，并然后使从压缩机11接收的制冷剂蒸气过冷。已知的是，次临界(subcritical)循环的冷凝器12成为用于跨临界(trans-critical)应用的气体冷却器，在这种应用中它运行在制冷剂临界点上。定位蒸发器14以接收从调节空间返回的可能和新鲜空气的一部分相混合的空气再被冷却，并且通过蒸发器风扇17用于将冷却的空气输送到气候控制的环境。制冷剂在蒸发器14中被蒸发并通常是过热的。尽管图1描述了基本的制冷系统装置，但是在本技术领域中各种选择和增强特征是可行的和已知的。所有这些系统配置都在本发明的范围内，并且可以同等地从本发明受益。

将理解，制冷系统压缩机11遭受可变负荷，该可变负荷取决于各种因素，如周围环境温度、调节空间的热(敏感的和潜在的)负荷需求、供应到压缩机的电源等。因此，提供各种模式用于运行压缩机11以匹配在气候控制的空间的制冷或供暖需求。

在图1示意性所示的典型制冷系统中，为了改变压缩机11的加载或卸载程度，提供几种卸载特征，例如节约器18、旁通阀19和吸入调节阀21。虽然以下论述仅限于这三种卸载特征，但是可以提供其他选择，这可以包括但不限于可变或多速压缩机马达、可变空气管理系统、并行运行的可变数量的元件(如热交换器)等，所有这些卸载步骤亦在本发明的范围内。

对于节约运行，就像，例如，如在下拉(pulldown)期间或在高温周围环境或深度制冷条件下稳态运行，当需要附加容量时，进入蒸发器膨胀装置13的主回路中的液态制冷剂由节约器热交换器18的运行而进一步冷却。为了激活节约器热交换器18，打开节约器膨胀装置22，以便使得部分制冷剂流过节约器膨胀装置18，以吸收流到蒸发器膨胀装置13的液态制冷剂的热量。因此，增加了流入蒸发器14的制冷剂的热量冷却潜力，提高制冷系统的性能(容量和效率)。合成的“中等”温度/压力节约器制冷剂蒸气从压缩机11的中点注入压缩机11。这个节约器流与部分压缩的吸入制冷剂蒸气混合，并且通常将该吸入蒸汽冷却到较低的温度。由于节约器制冷剂在比流过压缩机11的吸入端口的制冷剂更高的压力下进入压缩机11，相对于吸入蒸气从吸入压力压缩到释放压力，需要更少的能源(每单位质量)去将制冷剂蒸气从节约器压力压缩到释放压力。无论如何，由于通过节约器端口(或一些端口)注入并且需要加以压缩，然后在整个系统流通的附加量的制冷剂，增加了总体压缩机功率。因此，相对于传统的(不节约)运行模式，节约运行模式将更高的负荷施加在压缩机11上。应当指出，如果节约器膨胀装置22不具有停机能力，则应将另外的流控制装置集成到节约器回路中。此外，正如本领域所知的，图1示意性所示的节约器循环有许多变化，所有这些都在本发明的范围内。

通过打开旁通阀19激活旁通运行模式，使得部分压缩的制冷剂蒸气的一部分传递回压缩机11的吸入端口，从而减小压缩机功率(因为减少量的制冷剂从中阶压力压缩到释放压力)和制冷系统容量(因为较低量的制冷剂流过蒸发器14)。

为了将制冷系统运行在吸入调节模式，将吸入调节阀21选择性地移动到部分封闭位置，以减少流到压缩机11的制冷剂。这是为了进一步平衡压缩机容量与气候控制的空间的热负荷。在这种运行模式，可以根据需要选择性地打开液体喷射电磁阀(未显示)以提供足够量的膨胀液态制冷剂流到压缩机11的吸入端口，用于压缩机马达的冷却。应当注意，吸入调节阀21可由脉宽调节阀或控制流入压缩机11的吸入端口的制冷剂流的类似物来替代。

正如前面提到的，任何其他卸载技术，例如，除以上所披露的例子外，多活塞往复式压缩机的一些活塞的脱离或以脉宽调节方式控制涡旋式压缩机的涡旋元件的接合都在本发明的范围内。

以上所述用于加载/卸载压缩机11的各种装置的执行是通过一个控制器23完成的。更明确地说，控制器23通过电力管道24连接到节约器膨胀装置22，通过电力管道26连接到压缩机11，通过电力管道27连接到旁通阀19以及通过电力管道28连接到吸入调节阀21。

也可以设置通过电力管道32和33分别连接到控制器23的传感器29和31。设置传感器29以检测驱动压缩机11的马达的电流，设置传感器31以检测用于压缩机11的驱动马达的温度。这些检测到的条件中的一种或两种可用于确定压缩机11处于过载条件(或正接近过载条件)且需要暂时停机。另一方面，这种暂时停机可由线路中断完成，这可以是，例如双金属板接触器，双金属板接触器安装在压缩机马达上，并对过度的电流和/或温度自动地作出反应。也可以安装其他传感器，以确定压缩机运行是否正接近过载条件。这种传感器可以，例如，包括安装在制冷系统的高或低压侧的压力传感器，以及与制冷系统冷凝器和/或蒸发器热交换器相关的温度传感器。此外，电流或功率传感器可以直接检测压缩机过载条件。

现在参照图2，示出一种典型流控制图以表明在发生线路中断停机之后控制器23可能运行的方式，以致于允许压缩机11返回运行在卸载状态，从而，虽然制冷系统以减少容量运行，但是，可以实现至少一些尽管被减少的冷却，否则此时将迫使压缩机11到另一个线路中断，导致另一个不运行的延长期间。

在框块34，依次计算停机次数的计数器被设置为C＝0。周期性地，在某一时间间隔届满之后，如在框块36中所示，压缩机11运行在加载模式，如在框块37中所示，询问该系统是否发生线路中断停机。如果没有，该系统继续运行，直至发生停机，在这种情况下，控制器进入框块38。然后重置计数器为C＝C+1，接着在框块39中询问是否C＝2(即是否已经依次有两次线路中断)。在这方面，应该理解，在这个具体实施例中，用于执行本发明的控制方法的阈值被设置为发生两次线路中断。当然，这可以根据任何特定的应用所需进行改变。

在框块39，如果C不等于2(即这不是连续的第二次线路中断)，或小于2并等于1时，在这个具体实施例中，那么在框块41中，设置计时器为0，在线路中断返回到它的运行状态之后在同一加载模式下启动制冷系统运行。如果发现C等于2，那么已经发生连续两次停机，控制器23进入框块40，其中询问系统从上一次线路中断停机的时间是否大于t₁，该t₁是时间周期，该时间周期已被预定为在连续停机之间的允许时间间隔，并且因此给出不执行卸载运行模式的理由，因为在那种情况下，两次连续停机不太可能由同一因素导致。因此，如果已确定t大于t₁，那么控制器23进入框块42以重置计数器C＝1。此外，如前，在框块41中设置计时器t＝0，使得制冷系统运行在同一加载模式下，如框块36所示。

如果t不超过t₁，那么很可能是相同的因素导致两次连续停机，控制器23进入框块43，以重置计时器t＝0，然后到框块44，在这里接着重新启动压缩机马达到下一个卸载运行模式下。在这一点上，用于压缩机11的特殊运行模式改变，从而使得它运行在比导致前一次线路中断停机的状态更多卸载的状态。例如，对于如图1所示的典型制冷系统，从最多加载模式到最小加载模式运行模式的顺序将如下：节约的满载模式、不节约的满载模式、不节约的旁通模式以及带有吸入调节阀的不节约的旁通模式。

因此，假定，当发生第二次线路中断停机时，该系统正运行在节约的满载模式，那么，在框块44，可能重新启动压缩机为运行在不节约的满载模式下。如在框块46中，如果当时发生另一个线路中断停机，那么制冷系统将进行到框块47，从而，现在将加载模式重置到不节约的满载运行。

如框块46所示，如果没有发生线路中断停机，那么制冷系统控制器23进行到框块48，询问是否卸载运行模式下的时间间隔大于t₂，这是预定的足够安全的时间间隔，在该时间间隔之后，制冷系统可能试图在加载运行模式下重新启动。如果t大于t₂，那么控制器23重置到框块34，重复循环。如果时间t小于t₂，那么系统重置到框块44，并继续卸载模式下的运行。

应当理解，上述流程图仅是本方法使用某些参数的特定值的一个例子。因此，在卸载步骤之前发生的线路中断停机的次数可以根据需要选择，值t₁和t₂也一样可以。此外，除了计算预定的时间间隔t₁和t₂，通过根据来自定位在制冷系统和相关环境内的传感器的反馈，可以在更多加载的运行模式下“测试”制冷系统。这些传感器，作为实例，例如，温度和/或压力传感器以及他们的优选位置在本领域中是已知的。

现在参考图3，示出在更多和更少加载的模式运行期间可能发生的各种温度趋势的典型例子。如通常的，周围环境温度T_amb倾向于从清晨到傍晚一直增加。因此，当在没有如以上所述的控制特征的情况下运行时，在加载运行模式下的线路中断温度T_load可能达到关断温度极限T_cutoff，如所示。但是，如果系统在有如以上所论述的控制特征的情况下运行，那么卸载运行模式下的线路中断温度T_unload保持低于压缩机将被停机的关断温度极限T_cutoff。因此，制冷系统继续运行，并且给气候控制的空间提供调节的空气。

应当注意的是，制冷系统控制器23通过将压缩机运行参数保持在预定的允许范围内，通过依次卸载压缩机11可以主动地运行以潜在地防止任何线路中断停机。在这种情况下，控制器23将依靠来自传感器的反馈，传感器定位在制冷系统内并且提供与用于压缩机11的关键运行参数相关的信息。这些传感器，作为实例，例如，温度传感器、压力传感器、电流传感器和功率传感器，以及他们的优选位置在本领域是已知的。这些传感器可直接测量用于压缩机11的关键运行参数，或给控制器23提供可翻译成关键参数值的足够数据。

还应该理解，在以上实施例的上下文中，可以从包括往复式、螺旋式、蜗旋式、离心式或轴向式压缩机的各种压缩机类型中选择压缩机。每个压缩机可以由多个压缩机呈现。例如，压缩机可由若干连续离心式压缩机级组成。此外，多个压缩机可以并行或串行排列运行。此外，这项发明可以应用于包括住宅及商用制冷和供热应用的不同制冷系统类型。它也可以用来提供在超市、卡车-挂车以及容器应用中的冷却和制冷。

虽然对本发明的某些优选实施例进行了详细的披露，但是可以理解的是，可以对其结构上进行各种修改，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (30)

1.一种控制，其用于操作具有遭受可变负荷条件的马达驱动压缩机的制冷系统，其包括：

识别机构，其当压缩机运行在第一加载模式时，识别指示过度压缩机负荷的条件；以及

卸载机构，用于响应地减少压缩机负荷，以防止压缩机停机。

2.根据权利要求1所述的控制，其中所述识别机构包括至少一个传感器。

3.根据权利要求1所述的控制，其中所述压缩机负荷与压缩机马达负荷相关。

4.根据权利要求2所述的控制，其中所述至少一个传感器包括压缩机马达电流传感器。

5.根据权利要求2所述的控制，其中所述至少一个传感器包括用于检测压缩机驱动马达的温度的传感器。

6.根据权利要求2所述的控制，其中所述至少一个传感器包括压缩机马达电流传感器和压缩机马达温度传感器。

7.根据权利要求2所述的控制，其中所述至少一个传感器包括检测制冷系统内的运行条件的温度传感器和压力传感器中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的控制，其中通过切换到以下运行模式中之一：不节约和旁通到吸入，所述卸载机构自动减少压缩机马达上的负荷。

9.根据权利要求1所述的控制，其中通过以下方式中的至少一种：吸入调节阀、吸入脉宽调节阀、用于压缩机马达的变速驱动、用于压缩机马达的多速驱动、压缩元件中的至少一些的永久脱离、以脉宽调节方式的压缩元件的接合-脱离、可变空气管理系统以及制冷系统中的可变数量的主动热交换器，所述卸载机构自动减少压缩机马达上的负荷。

10.根据权利要求1所述的控制，其还包括用于停止压缩机运行的压缩机驱动马达过载保护。

11.根据权利要求10所述的控制，其中所述马达过载保护包括线路中断停机设备。

12.根据权利要求7所述的控制，其中所述马达过载保护包括过载传感器。

13.根据权利要求10所述的控制，其包括计数器和计时器，计数器用于计算由压缩机驱动马达过载保护引起的连续停机次数，计时器用于记录从由线路中断设备引起的压缩机的初始停机到由线路中断设备引起的压缩机的下一次停机的时刻的时间。

14.根据权利要求13所述的控制，其包括计时器，计时器用于记录从压缩机的初始停机到压缩机的下一次停机的时刻的时间。

15.根据权利要求14所述的控制，其中，仅当计数器在预定的时间段内已记录预定的停机次数时，所述卸载机构减少压缩机驱动马达上的负荷。

16.根据权利要求1所述的控制，其还包括加载机构，该加载机构用于当满足某些预定条件时，选择性地并自动地增加压缩机上的负荷。

17.根据权利要求16所述的控制，其还包括计时器，计时器用于记录从由线路中断设备引起的压缩机的上一次停机起算的时间。

18.根据权利要求17所述的控制，其中当从上一次停机起算的预定时间期间已届满时，加载机构增加压缩机驱动马达上的负荷。

19.一种用于控制制冷系统的方法，制冷系统具有遭受可变负荷条件的马达驱动压缩机，其包括步骤：

当压缩机运行在第一加载模式时，检测指示过度压缩机负荷的条件；及

响应地减少压缩机负荷，以防止压缩机停机。

20.根据权利要求19所述的方法，其中指示过度压缩机负荷的所述被检测的条件是一种指示过度压缩机马达负荷的条件。

21.根据权利要求19所述的方法，其中在预期的过载停机之前启动所述减少步骤。

22.根据权利要求19所述的方法，其中在发生过载停机之后并且经过一段时间后重新启动压缩机驱动马达之前，启动所述恢复步骤。

23.根据权利要求19所述的方法，其中所述检测步骤包括检测压缩机马达电流的步骤。

24.根据权利要求19所述的方法，其中所述检测步骤是检测压缩机驱动马达的温度的步骤。

25.根据权利要求19所述的方法，其中所述检测步骤包括压缩机马达电流和压缩机马达温度两者的检测。

26.根据权利要求19所述的方法，其中通过切换到以下运行模式中之一：不节约和旁通到吸入，所述压缩机负荷减少步骤自动减少压缩机马达上的负荷。

27.根据权利要求19所述的方法，其中通过以下方式中的至少一种：吸入调节阀、吸入脉宽调节阀、用于压缩机马达的变速驱动、用于压缩机马达的多速驱动、压缩元件中的至少一些的永久脱离、以脉宽调节方式的压缩元件的接合-脱离、可变空气管理系统以及制冷系统中的可变数量的主动热交换器，所述负荷减少步骤自动减少压缩机马达上的负荷。

28.根据权利要求19所述的方法，其包括计算由线路中断设备引起的连续停机次数以及记录从由线路中断设备引起的压缩机的初始停机到由线路中断设备引起的压缩机的下一次停机的时刻的时间的步骤。

29.根据权利要求28所述的方法，其中仅当计数器在预定的时间段内已记录预定的停机次数时，所述负荷减少步骤涉及减少负荷容量运行模式。

30.根据权利要求19所述的方法，其包括在某些预定条件下选择性地增加负荷容量运行模式的步骤。

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