CN102112827B - 用于单元容量控制的分立频率操作 - Google Patents
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Abstract
一种用于制冷剂系统(20)的可变速度电驱动器包括：电马达(40)，其用于以可变速度驱动相关联的部件(22)，所述可变速度是所述马达(40)的操作频率的函数；和控制装置(42)，其用于向所述电马达供应交替的分立驱动频率以提供相关联部件(22)的连续可变速度驱动。所述控制装置(42)使至所述电马达(40)的驱动频率在至少两个分立频率之间循环交替，从而相关联部件(22)被驱动时的所得到的可变平均速度是所选至少两个分立频率的组合的函数。
Description
背景技术
电马达已经广泛用于制冷剂系统以驱动压缩机、风扇、泵和各种其他部件。如已知的，在基本制冷剂系统中，压缩机压缩制冷剂，制冷剂然后被递送至第一换热器(通常是冷凝器或气体冷却器)。在离开第一换热器之后，制冷剂然后通过膨胀装置，在那里，制冷剂的温度下降到低于待冷却的空气温度，并且被传送至气候受控环境。然后，制冷剂被递送通过第二换热器。通常，该第二换热器是蒸发器，在那里，制冷器吸收来自空气的热量(使空气冷却)，蒸发，并且再进入压缩机。
为了更好地控制制冷剂系统以及提高系统效率，可变速度电马达已经日益地应用于这种系统中。可变速度驱动器提供给设计者在系统操作和控制上的增强的灵活性。对于标准电马达，马达操作时的速度是输入频率和马达极数的函数。因此，为了改变马达驱动制冷剂系统的相关联部件时的速度，可改变电马达的输入频率以随后允许马达以不同速度驱动部件。因此，可变速度马达和制冷剂系统的相关联的被驱动设备可在宽范围的操作频率上操作。用于可变速度马达的控制装置可在制冷剂系统所面对的条件或热负载需求变化时改变操作频率。通常，可变速度马达从频率为零开始，并且朝向期望操作频率升高。因此，频率从零开始前进到设定点操作频率，该设定点操作频率可被选择为实现期望的冷却容量等。此外，在停机时，频率从该操作频率朝向零降回。
然而，这些系统的一个问题在于，某些的操作频率产生不期望的条件，例如机械和声学共振，这可导致制冷剂系统的部件中的噪声以及过量振动。在马达频率从零开始并向上前进朝向期望操作频率的情况下，上述系统可在启动和停机时都经历这些共振频率。而且，由于控制装置在操作期间改变频率以满足外部热负载需求，有时会将电马达操作移动到共振频率区之一，而这是应当避免的。这是不期望的，因为过量的振动、噪声和脉动可发生并且导致制冷剂系统部件的损坏。系统共振频率也可由马达运行速度频率的倍数所激发，或者由被驱动设备自身的运行频率(或其倍数)所激发。应当指出，如果例如被驱动设备经由齿轮箱、带轮或其他类似装置附接到马达，则设备运行速度频率可不同于马达的运行速度频率。
一些系统已经通过使用无级控制并在非常有限的时间内以这些不期望频率操作从而尽可能地避免共振，来尝试克服该问题。然而，所使用的方法不能够完全地避免不期望的频率。
发明内容
在所公开的实施例中，电马达以期望的可变速度来驱动制冷剂系统的相关联部件，该期望的可变速度是马达操作频率的函数。在本发明中，控制装置通过使至电马达的驱动频率在多个驱动频率之间交替来控制马达的操作频率，使得所得到的马达驱动制冷剂系统的相关联部件的速度是所选驱动频率的组合的函数。
附图说明
图1是结合本发明的制冷剂系统的示意图。
图2A是压缩机的容量与附接到压缩机的电马达的操作频率的关系曲线图。
图2B是压缩机的振动与附接到压缩机的电马达的操作频率的关系曲线图。
图2C是压缩机的效率与附接到压缩机的电马达的操作频率的关系曲线图。
具体实施方式
使用多个分立频率的电马达的可变速度控制可应用到宽范围的制冷剂系统，包括空调、制冷以及热泵系统。静态系统(例如住宅和商用建筑舒适性，冰箱以及制冷售卖应用)和运输系统(例如集装箱和卡车/拖车制冷以及汽车/公共汽车空调应用)二者均可使用采用分立频率的可变速度控制装置。特别地，可使用多个分立频率(在单一和串联构造操作中)实现压缩机的可变控制。压缩机可以是多种不同类型中的任一种，包括往复式、螺旋式、螺杆式、旋转式以及离心式类型。
图1示出了基本制冷剂系统20，其包括用于将经压缩的制冷剂传送到第一换热器24的压缩机22。第一换热器24与诸如风扇26的空气移动装置相关联，空气移动装置用于驱动空气越过第一换热器24。在流过第一换热器24之后，制冷剂通过膨胀装置28，然后进入第二换热器30。第二换热器30也可与诸如风扇32的空气移动装置相关联。
制冷剂系统20是总体性表述，例如可以是上述各种类型制冷剂系统中的任一种。取决于系统的特定类型，附加部件还可形成制冷剂系统20的子系统。
压缩机22被马达40驱动，马达40通常是感应型电马达。马达控制器42耦接到马达40并且控制其操作。在一个实施例中，马达控制器42在无级模式下用可变速度控制装置来控制马达40进行操作。马达40可在高至130Hz的频率操作，但通常在15-120Hz的范围内操作，并且优选地在45-90Hz的范围内操作。
马达控制器42可被布置成使马达40恒定地以期望频率f0操作，或者可使马达40的操作频率在至少两个频率(或频率带)f1和f2之间交替。通过使操作频率在至少两个频率之间交替，马达40可操作得如同其连续地以期望频率f0操作，而避免马达40或压缩机42的不期望特性(例如振动、脉动或声学共振)，而此不期望特性可与连续地以频率f0操作相关联。
马达控制器42可以频率f1操作达时间间隔t1，并且以频率f2操作达时间间隔t2，使得所得到的平均操作频率是f0。例如，50Hz可以是操作压缩机22的期望频率。在一个方案中，当t1＝t2时，马达控制器42的构造使马达以40Hz操作达t1并且以60Hz操作达t2，或者当3t1＝t2时，马达控制器42可交替地以20Hz操作达t1并且以60Hz操作达t2，或者其他类似的组合。替代性地，马达控制装置42可在一段时间内以多于两个频率操作，使得该组合导致平均操作频率为f0。马达40以特定频率操作的时间可根据需要或短或长(例如，以避免过冷却或低冷却气候受控环境)。如果f1和f2相互之间在数Hz之内，则t1和t2可较长(即，5分钟)，而没有诸如上述的不期望的副作用。
图2A、2B和2C示出了通过使用本文所述操作马达40的方法所能实现的结果的示例。频率将取决于系统操作和环境条件、热负载需求以及其他因素而变化。一定的期望和不期望频率可在实验室中通过实验确定，或者可由各种类型的传感器识别，例如可在制冷剂系统20组装或安装期间或之后固定于部件之上的传感器46。
例如，图2A示出了压缩机22在三个不同频率f处的容量A。对于该示例，假设f1＝38Hz并且f2＝42Hz。假设期望容量为A2，用于操作压缩机22的期望频率f0为40Hz。然而，如图2B所示，振动在40Hz，f0时比其在38Hz，f1和42Hz，f2时更高。此外，如图2C所示，压缩机22的效率在40Hz，f0时比其在38Hz，f1和42Hz，f2时更低。如果压缩机以38Hz操作50％的时间并且以42Hz操作50％的时间，则可实现相同的期望容量A2，而同时改进了压缩机22的效率并降低了振动水平。
如上述示例所说明的，通过使用本发明，利用一系列分立驱动频率可实现压缩机22的整个操作范围上的连续可变输出速度。通过向压缩机马达40供应交替的分立驱动频率而提供了可变速度操作，从而输出速度(以及压缩机的容量)作为交替的分立驱动频率的所得到的平均频率的函数而可连续地变化。
马达控制器42可包括能够控制马达操作频率的逻辑电路或通/断开关。此外，马达控制器42可手动地操作、预编程、自调节、自适应或者以其他方式构造成提供给马达40期望的操作频率。制冷剂系统控制装置50可与马达控制器42相关联或者可包括马达控制器42。制冷剂系统控制装置50可经由用户接口52基于用户输入来操作。
另外，马达控制器42可具有设置或校准模式，其允许操作员对马达控制器42进行编程。在制冷剂系统20的其他实施例中，马达控制器42是自调节的，并且在操作模式中提供进行中的校正，这里，马达控制器42用诸如过量振动的参数来识别问题，并且调节频率f1或f2中的一个或两个，并由此自校正以避免不期望的频率。马达控制器42还可包括或储存数据，例如不期望频率的查找表。制冷剂系统20中的换能器46或其他传感器也可构造成识别与压缩机22的操作相关联的参数(例如振动或声学)之一，并且将对应的数据传递到马达控制器42或系统控制装置50。为了冗余度的目的，可在系统20中使用多个换能器46以确定压缩机22的不期望操作条件。
风扇26和32也可分别由马达60、70操作，马达60、70由对应的风扇控制器62、72控制。在一个实施例中，风扇控制器62、72各自包括上述关于马达控制器42所述特征中的一个或多个。如上面关于压缩机22所述的，至少一个换能器66、76可与风扇26和32相关联以识别对于风扇的不期望操作条件(例如频率)。制冷剂系统50还可包括或被耦接到风扇控制器62、72。
其他制冷剂系统部件，诸如由电马达驱动的液体泵，也在范围之内并且可等同地受益于本发明。
虽然已经参考优选实施例描述了本发明，本领域技术人员将意识到在不偏离所要求保护的本发明范围的情况下可作出形式上和细节上的改变。
Claims (13)
1.一种制冷剂系统，包括：
电马达，其用于以可变速度驱动相关联的部件，所述可变速度是所述电马达的操作频率的函数；和
控制装置，其用于通过使所述电马达的操作频率在至少两个频率之间循环交替来控制所述电马达的操作频率以为所述相关联的部件提供连续可变速度驱动，从而所述相关联的部件被驱动时的可变速度是所述至少两个频率的组合的函数，
其中，所述至少两个频率被选择成避免不期望频率，所述不期望频率产生机械和声学共振。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述相关联的部件是压缩机。
3.如权利要求1所述的系统，进一步包括：
第一换热器，其被连接以接收来自所述压缩机的制冷剂；
膨胀装置，其被连接以接收来自所述第一换热器的制冷剂；和
第二换热器，其被连接以接收来自所述膨胀装置的制冷剂并且将制冷剂供应到所述压缩机。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述电马达以第一频率操作达第一时间段并且以第二频率操作达第二时间段。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制装置响应于传感器。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述传感器包括振动传感器。
7.如权利要求5所述的系统，其中，所述传感器包括声学传感器。
8.一种制冷剂系统，包括：
压缩机，其由第一电马达驱动；
第一换热器，其与由第二电马达驱动的第一空气移动装置相关联，所述第一换热器被连接以接收来自所述压缩机的制冷剂；
膨胀装置，其被连接以接收来自所述第一换热器的制冷剂；
第二换热器，其与由第三电马达驱动的第二空气移动装置相关联，其被连接以接收来自所述膨胀装置的制冷剂并且将制冷剂供应到所述压缩机；和
可变速度控制装置，其用于通过在多个驱动频率之间循环交替来操作所述电马达中的至少一个，从而所述电马达的速度是所述多个驱动频率的组合的函数，
其中，所述多个驱动频率被选择成避免不期望频率，所述不期望频率产生机械和声学共振。
9.如权利要求8所述的制冷剂系统，其中，所述可变速度控制装置被编程以使所述电马达以第一频率操作达第一时间段并以第二频率操作达第二时间段。
10.一种用于操作制冷剂系统中的压缩机的方法，所述制冷剂系统包括第一换热器、膨胀装置和第二换热器，所述方法包括：
向耦接到所述压缩机的电马达提供可变频率输入以产生马达输出，所述马达输出具有作为所述可变频率输入的函数的输出速度；
使所述可变频率输入在多个频率之间循环交替，从而所述电马达的平均输出速度是所述多个频率的组合的函数；并且
以作为所述电马达输出速度的函数的速度来驱动所述压缩机，
其中，所述多个频率被选择成避免不期望频率，所述不期望频率产生机械和声学共振。
11.一种制冷剂系统，包括：
压缩机；
第一换热器，其被连接以接收来自所述压缩机的制冷剂；
膨胀装置，其被连接以接收来自所述第一换热器的制冷剂；
第二换热器，其被连接以接收来自所述膨胀装置的制冷剂并且将制冷剂供应到所述压缩机；
可变速度电马达，其以作为可变频率电输入的频率的函数的输出速度操作，其中，所述电马达耦接到所述压缩机以提供作为所述电马达的输出速度的函数的可变压缩机速度；和
可变速度控制装置，其用于在频率范围上供应所述可变频率电输入，其中，在所述频率范围的至少一部分内，所述可变速度控制装置促使所述可变频率电输入在多个分立频率之间交替，从而所得到的输出速度是所述分立频率的平均频率的函数，
其中，所述可变速度控制装置储存操作范围内的至少一个不期望频率，并且通过在不同于所述不期望频率的分立频率之间循环交替来避免所述不期望频率，从而所述可变速度马达的速度是所述分立频率的组合的函数，所述不期望频率产生机械和声学共振。
12.一种制冷剂系统，包括：
压缩机，其具有可变速度马达；
第一换热器，其被连接以接收来自所述压缩机的制冷剂；
膨胀装置，其被连接以接收来自所述第一换热器的制冷剂；
第二换热器，其被连接以接收来自所述膨胀装置的制冷剂并且将制冷剂供应到所述压缩机；和
控制装置，其用于通过向所述可变速度马达供应包含交替的分立驱动频率的电输入而在输出速度范围上提供所述压缩机的连续可变速度操作，从而所述压缩机的输出速度是所述交替的分立驱动频率的平均频率的函数，
其中，所述控制装置储存操作范围内的至少一个不期望频率，并且通过在不同于所述不期望频率的分立驱动频率之间循环交替来避免所述不期望频率，所述不期望频率产生机械和声学共振。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述压缩机的输出速度是所述交替的分立驱动频率以及每个分立驱动频率被供应所持续时间的百分比的函数。
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