CN106575930B - 用于制动压缩机的方法及制冷器具、空调器具或热泵的压缩机以及具有所述压缩机的制冷器具、空调器具或热泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制动制冷器具、空调器具或热泵的压缩机的方法，其中，所述压缩机具有无刷电机(100)，所述无刷电机具有绕组(130U、130V、130W)，所述压缩机还包括用于制动所述电机的控制器(160)。根据本发明，控制器(160)设计成能够利用制动电流以受控的方式从工作转速(302)开始制动(306)无刷电机(100)，其中，制动电流在受控的制动期间是在受控的制动之前确定的感应电压的函数。用于制动的方法包括下述方法步骤：a)使电机以工作转速转动(201)；b)接收(202)减速信号；c)确定(203)绕组中的感应电压；d)利用制动电流以减小的频率激励(204)绕组，其中，制动期间的制动电流是之前确定的感应电压的函数。

Description

用于制动压缩机的方法及制冷器具、空调器具或热泵的压缩 机以及具有所述压缩机的制冷器具、空调器具或热泵
技术领域
本发明涉及一种用于制动压缩机的方法及一种尤其是家用制冷器具的制冷器具、空调器具或热泵的压缩机以及具有所述压缩机的制冷器具、空调器具或热泵。本发明尤其涉及具有无刷电机、例如永磁同步电机或PMSM和无刷直流电机或BLDC电机的压缩机。
背景技术
PMSM和BLDC电机例如用作制冷器具、空调器具或热泵中的压缩机驱动器。这种电机具有位于定子和转子中的绕组，所述转子包括永磁体。当电流流过绕组时，所述绕组产生磁场，所述磁场向永磁体施加扭矩，从而使转子运动。以交替的方式激活定子中的不同的绕组产生转动的磁场，从而所述转动的磁场驱动转子。
PMSM和BLDC电机的转速在转速标记以上被调节，从所述转速标记开始，转子的位置可通过测量定子绕组中的感应电压被可靠地确定。电机利用启动电路提升至该转速标记。当达到转速标记时，转速调节器接管对所需转速的激活和维持，为此目的而确定转子位置。
家用制冷器具中的压缩机具有位于密封壳体、即压缩机壳体中的电驱动泵。PMSM和BLDC电机经常用于具有大转速范围的转速调节的压缩机中。负载扭矩在此随着电机转动不均匀地分布，并且于在缸体中移动的压缩机活塞的上死点位置附近具有窄的峰值。
因此，在设计压缩机时，必须考虑机械系统的部分上的振动趋势，并且应当避免电机在谐振频率下运行。在操作期间，应当在控制器的部分上系统地避开谐振频率，因为对于某种型号而言谐振频率范围是已知的。提升转速也不是问题，因为快速地实现了超过谐振范围的加速。DE 102010030239 A1描述了BLDC电机的启动。
当压缩机关闭时，转速调节通常首先使压缩机向转速标记接近。然后出现这样的情况，一方面通常不可能利用与启动电路对应的制动电路，因为一旦电流已经断开，压缩机就自己减速。另一方面，转速调节器不能在低于转速标记时使用，因为转子的位置不再能通过测量定子绕组中的由于反EMF而产生的感应电压而可靠地确定。如果压缩机凭惯性转动，则可能达到共振频率，并且压缩机驱动器可能撞击压缩机外壳。
根据现有技术，这通过下述方式来避免：在减速过程中，在低于转速标记时，换流器桥的下开关将所有绕组线短路。电机因此通过短路而快速减速。
该现有技术的缺点是以这种方式利用未知的力减速需要复杂和稳健的泵设计，同时仍然存在可能达到共振频率并且泵可能撞击压缩机壳体的风险。
发明内容
本发明的目的在于使尤其是家用制冷器具的制冷器具、空调器具或热泵的压缩机减速，使得不需要那么复杂的泵并且防止泵在可能的情况下撞击压缩机壳体。
所述目的通过根据本发明的一种用于制动压缩机的方法以及一种制冷器具、空调器具或热泵的压缩机来实现。本发明的用于制动制冷器具、空调器具或热泵的压缩机的方法始于方法步骤a)使电机以工作转速转动，以作为初始状态，其中，根据方法步骤b)接收到减速信号，所述压缩机具有PMSM和BLDC电机，所述电机具有绕组。在方法步骤c)中，确定绕组中的感应电压，在方法步骤d)中，利用制动电流以减小的频率激励绕组，制动期间的制动电流是之前确定的感应电压的函数。
本发明的压缩机具有PMSM和BLDC电机和控制器，所述电机具有绕组，所述控制器用于从工作转速开始制动电机，控制器设计成能够利用制动电流来制动电机，制动期间的制动电流是在受控的制动之前确定的感应电压的函数。
本发明涉及一种具有制冷回路的器具，尤其是制冷器具、空调器具或热泵，所述制冷回路具有压缩机。为了简化，本发明仅参照制冷器具进行说明。
在本发明的制动期间，首先确定由于反EMF(或反电动势或反-EMF)而产生的感应电压，并且测量代表瞬时负载的电机电流。在制冷器具中，这将是包括在制冷剂回路中的压缩机的瞬时负载，所述瞬时负载基本上是根据蒸发器和冷凝器中的瞬时压力。蒸发器中的压力确定每电机旋转周期所输送的制冷剂的量，所述制冷剂克服冷凝器中的压力被输送或压缩。PMSM和BLDC电机通常以分别偏移120°的三个旋转电流相位运行。测得的两个感应电压可用于确定第三个。
通过根据预定的转速曲线控制转速来进行制动，其中，不考虑转子位置。因为瞬时负载由仅缓慢变化的运行条件确定，因此假设瞬时负载在制动期间不会发生明显的改变。根据本发明，通过下述方式来利用这一点：利用根据在受控的制动之前确定的瞬时负载的激励，根据预定的转速曲线以受控的方式减小转速。确定的感应电压的频率或在确定感应电压时的转速可作为另一变量包含在激励的计算中。计算激励时考虑到感应电压以及进而的瞬时负载，确保转子在制动期间被受控的定子磁场可靠地带动。这确保了在制动期间的每个时间点都清楚地限定转子的实际转速，即使是在较低转速范围内，由于感应电压太小而转子位置和进而的转速不能通过所述感应电压可靠地确定，仍然能清楚地限定转子的实际转速。
根据本发明的一个实施例，减速信号以预先选择的小于工作转速的转速的形式给出、尤其以预先选择的为零的转速的形式给出。将电机制动至转速为零、也就是说使电机停止是通常的应用。然而，也可减速到低的最终转速。
根据本发明的另一实施例，确定负载扭矩，以由所确定的感应电压确定制动电流。这使得能够基于负载扭矩的物理变量进行控制。
根据本发明的另一实施例，在接收到减速信号之后，转速调节器使得能够接近极限转速，当达到极限转速时，所述转速调节器关闭。该转速调节器可以是常规的转速调节器、尤其是具有斜坡式转速特征线的转速调节器。电机优选地以大于极限转速的工作转速运行，极限转速是下述转速：在大于所述极限转速时，通过借助于测得的感应电压确定转子位置将电机调节至一定的转速。
这些实施例涉及下述优选示例：首先借助于设在控制器中的常规转速调节器从工作转速开始接近极限转速。极限转速优选地是允许转速调节的最低转速。在极限转速下，转速调节器停止激活电机，本发明的制动控制器接管电机的激活。应当注意，在比极限转速更高的转速下，本发明的制动控制器也可起作用并且可使用。
有利地利用制动电流以斜坡式减小的频率进行绕组的激励。这具有易于实现控制的优势。
根据本发明的另一实施例，在减速到转速为零之后，确定感应电压。这使得能够进行检查，以确保在不再能确定感应电压时电机已经停止。
有利地在减速之后停止激励，以便节省能量。
根据本发明的另一实施例，利用大致正弦的电流激励电机的绕组。这是对电机中的、尤其是PMSM中的每个绕组的优选波形。这使得能够应用空间矢量调制以用于控制。优选地借助于脉冲宽度调制产生大致正弦的电流。
本发明的制冷器具装配有如上所述的压缩机。这种制冷器具可避免来自压缩机的破坏性断开噪声，并且可生产成具有不太复杂的泵悬置系统。
制冷器具尤其是指家用制冷器具，换句话说，在家用环境中或在某些情况下也在餐饮行业中用于家务管理的制冷器具，其尤其用于以限定的温度存储正常家庭用量的食物和/或饮料，例如是冰箱、冷冻柜、组合式冷藏/冷冻机、卧式冷冻机或酒柜。
附图说明
参考附图，本发明的另外的特征和优势将从以下示例性实施例的描述中显现，其中：
图1示出了本发明的压缩机的电机的等效电路图，所述电机构造成无刷电机、例如PMSM或BLDC电机，
图2示出了本发明的方法的流程图，以及
图3示出了用于制动本发明的压缩机的转速曲线的示图。
具体实施方式
图1示出了例如可用作制冷器具中的压缩机驱动器的无刷电机100的等效电路图。无刷电机100具有电压源110、换流器120、三个电机绕组或绕组130U、130V、130W、以及控制器160。
电压源110提供中间电路电源电位与中间电路接地之间的中间电路电压。换流器120具有六个开关T1至T6，所述六个开关以B6桥的形式布置并且向绕组130U、130V和130W提供电流。更确切地说，两个开关T1与T2、T3与T4以及T5与T6分别串联连接在中间电路电源电位与中间电路接地之间。开关T1与T2、T3与T4以及T5与T6之间的节点分别连接至绕组130U、130V和130W的一侧。在绕组的另一侧，绕组130U、130V和130W连接至星点140。分流电阻器150也分别设置在开关T2、T4和T6与中间电路接地之间。
开关T1至T6可分别包括例如功率晶体管和与所述功率晶体管并联连接的续流二极管。开关T1至T6借助于由控制器160提供的控制信号X1至X6被激活。控制器160在此相当于用于控制电机的装置。绕组130被激活，从而产生转动的磁场，包括永磁体的转子在所述转动的磁场中转动。因此，所述电机是具有三个绕组130U、130V和130W的永磁同步电机，借助于B6换流器120向所述绕组提供三相电压，从而通过绕组130U、130V和130W产生励磁电流lu、lv和lw。
本发明的制冷器具的压缩机具有无刷电机100和控制器160，所述无刷电机100具有绕组130U、130V和130W，所述控制器160用于从工作转速开始制动电机，控制器160设计成能够利用制动电流使无刷电机100以受控的方式减速，制动期间的制动电流是在受控的制动之前确定的感应电压的函数。
控制器160的另外的特性将从以下本发明的方法的说明中呈现。
图2示出了本发明的用于制动制冷器具的压缩机的方法的流程图200，如从图1已知的，所述压缩机具有无刷电机和控制器160，所述电机具有绕组，所述电机例如是具有绕组130U、130V和130W的无刷电机100。
所述方法始于方法步骤a)使电机以工作转速转动201，以作为初始状态，其中，根据方法步骤b)接收202减速信号。在方法步骤c)中，确定203绕组中的感应电压，在方法步骤d)中，利用制动电流以减小的频率激励204绕组，制动期间的制动电流是在受控的制动之前确定的感应电压的函数。
图3示出了用于制动本发明的压缩机的转速曲线301的示图300，根据所述转速曲线可完成各方法步骤，并且图中描述了多个实施例。示图300中绘出了随时间t变化的转速S。
根据示图300中示出的本发明的实施例，所述方法步骤始于步骤a)使电机以工作转速转动201，以作为初始状态。在时间点t1时，根据方法步骤b)，控制器接收202减速信号303。在所示示例性实施例中，减速信号以预先选择的为零的转速的方式给出。转速调节器调节所述电机，直到时间点t1。当接收到信号303时，本发明的控制器接管对电机的控制。
示图300示出了一实施例，根据该实施例，在减速信号303的时间点处，转速仍然在转速调节器的范围内。本发明的控制器在接收到减速信号303时利用这一点，首先利用常规的转速调节以斜坡式转速特征线304接近极限转速305。极限转速305是转速调节器的调节范围的下限。在时间点t2处达到极限转速305，此时，常规的转速调节器被停用。
在方法步骤c)中，确定绕组中的感应电压203，从而使得控制器能够直接检测在瞬时转速下的、在该示例中为极限转速305下的当前负载。
为了实现受控的制动，将该信息考虑在内，在方法步骤d)中，利用制动电流以减小的频率激励204绕组。在这种受控的制动期间，制动期间的制动电流是在受控的制动之前确定的感应电压的函数。电机在此根据预定的转速曲线、在该示例中以斜坡式转速特征线306减速，直到电机在时间点t3时停止。
通过无法再检测到感应电压，可检验电机已停止。在减速之后停止激励。
制动通过根据预定的转速曲线控制转速来进行，而无需不断地监测转子的位置。
应注意，可省去该实施例中示出的以转速特征线304表示的受调节地接近下限频率的区段。绕组中的感应电压也可在t1时接收到减速信号时立即被确定并被用于受控的制动。
由于在t1至t2之间，外部预定的负载条件至多发生无关紧要的变化，因此，还可在t1时接收到减速信号时立即确定绕组中的感应电压，并仅在t2之后将所述电压用于根据预定的转速曲线受控地制动电机。
在制冷器具的具有无刷电机100和控制器160的压缩机中，所述无刷电机100具有绕组130U、130V、130W，所述控制器160用于从工作转速开始制动电机，控制器160设计成能够利用制动电流使电机以受控的方式减速，受控的制动期间的所述制动电流是在受控的制动之前、即在示图300中的转速特征线306开始之前确定的感应电压的函数。
根据本发明的另外的实施例，以借助于脉冲宽度调制而产生的大致正弦的电流激励电机的绕组。感应惯性使得能够以受控电流、从而基本上以正弦电流形成脉冲宽度调制电压。
附图标记列表
100 电机
110 电压源
120 换流器
130U、130V、130W 绕组
140 星点
150 电阻器
160 控制器
200 流程图
201 使电机以工作转速转动
202 接收减速信号
203 确定绕组中的感应电压
204 以制动电流激励绕组
300 示图
301 转速曲线
302 工作转速
303 减速信号
304 转速特征线
305 极限转速
306 转速特征线
T1…T6 开关
t1、t1 时间点

Claims (13)

1.一种用于制动制冷器具、空调器具或热泵的压缩机的方法，其中，所述压缩机具有无刷电机(100)，所述无刷电机具有绕组(130U、130V、130W)，其特征在于，所述方法包括下述方法步骤：
a)使电机以工作转速转动(201)，工作转速(302)大于极限转速(305)；
b)接收(202)减速信号；
c)确定(203)绕组中的感应电压；
d)控制电机的转速，所述控制包括：
将极限转速(305)设定为下述转速：在大于所述极限转速(305)时，通过借助于测得的感应电压确定转子位置来控制电机；
在接收(202)到减速信号时，借助于转速调节器接近极限转速(305)，在达到极限转速(305)时停用所述转速调节器；以及
在达到极限转速(305)时停用所述转速调节器之后，利用制动电流以减小的频率激励(204)绕组，根据预定的转速曲线，控制电机的转速，其中，制动期间的制动电流是之前确定的感应电压的函数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，减速信号以预先选择的小于工作转速(302)的转速的形式给出。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，减速信号(303)以预先选择的为零的转速的形式给出。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，确定负载扭矩，以便由确定的感应电压确定制动电流。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，借助于常规的转速调节接近极限转速(305)、尤其借助于常规的转速调节以斜坡式的方式接近极限转速(305)。
6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，利用制动电流以斜坡式减小的频率激励(204)绕组。
7.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在减速至转速为零之后，测量感应电压。
8.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在减速之后停止激励。
9.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，利用大致正弦的电流进行激励。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，借助于脉冲宽度调制产生大致正弦的电流。
11.一种制冷器具、空调器具或热泵的压缩机，所述压缩机具有无刷电机(100)和控制器(160)，所述无刷电机具有绕组(130U、130V、130W)，所述控制器用于从工作转速开始制动电机，其特征在于，控制器(160)设计成能够：
将极限转速(305)设定为下述转速：在大于所述极限转速(305)时，通过借助于测量得到的绕组中的感应电压确定转子位置来控制电机；
在接收(202)到减速信号时，借助于转速调节器接近极限转速(305)，在达到极限转速(305)时停用所述转速调节器；以及
在达到极限转速(305)并停用所述转速调节器之后，根据预定的转速曲线，控制电机的转速，以利用制动电流使无刷电机(100)以受控的方式减速，其中，受控的制动期间的制动电流是在受控的制动之前确定的感应电压的函数。
12.如权利要求11所述的压缩机，所述压缩机构造成能够执行如权利要求1-10中任一项所述的方法。
13.一种具有如权利要求11或12所述的压缩机的制冷器具、空调器具或热泵。
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