CN107634695A - 一种空调压缩机驱动系统、空调压缩机及空调 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种空调压缩机驱动系统、空调压缩机及空调，涉及电机驱动技术领域，能够提高空调压缩机的运行频率和运行效率，进而提高空调能效。所述空调压缩机驱动系统包括：第一直流电源模块、第一电解电容、第一逆变桥、开绕组电机和第二逆变桥；第一电解电容、第一逆变桥和第二逆变桥并联接在第一直流电源模块的两端；开绕组电机的三个绕组的一端分别连接在第一逆变桥的三个输出端上；开绕组电机的三个绕组的另一端分别连接在第二逆变桥的三个输出端上。本发明用于空调压缩机。
Description
技术领域
本发明涉及电机驱动技术领域，尤其涉及一种空调压缩机驱动系统、空调压缩机及空调。
背景技术
压缩机是整个空调系统的心脏，冷媒循环、制冷制热运行均依赖于压缩机的动力输出。而电机是压缩机内部的重要组成部分，也是其动力来源，由电机旋转带动压缩机气缸完成吸气、压缩、排气等功能。
图1所示为传统空调压缩机的结构示意图，一般包括接线端子01、气缸02、以及与气缸02连接的气液分离器03；接线端子01与电机04通过电机引线05连接；电机04带动气缸02的转子运动以压缩气体。电机04的绕组结构如图2所示，电机04的三个绕组U、V、W采用星形绕组结构，将各绕组的一端连接在一起形成一个公共的中心点。图3为传统空调压缩机驱动系统的结构示意图，交流电源06经功率因数校正单元(Power Factor Correction，PFC)07和电解电容08变成直流电源，然后通过逆变桥09给压缩机的电机04供电，控制压缩机运行。参考图2和图3所示，由于传统空调压缩机中的电机采用星形绕组结构，以SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉宽调制)算法为例，电机04的最大相电压仅为压缩机逆变桥09的直流侧电压Udc的一半左右，即现有技术中星形绕组的电机04的电压利用率较低，这样使得电机04的恒转矩区较窄，从而导致压缩机的运行频率和运行效率均较低，进而导致空调能效较差。
发明内容
本发明的实施例提供一种空调压缩机驱动系统、空调压缩机及空调，能够提高空调压缩机的运行频率和运行效率，进而提高空调能效。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种空调压缩机驱动系统，包括：
第一直流电源模块、第一电解电容、第一逆变桥、开绕组电机和第二逆变桥；
所述第一电解电容、所述第一逆变桥和所述第二逆变桥并联接在所述第一直流电源模块的两端；
所述开绕组电机的三个绕组的一端分别连接在所述第一逆变桥的三个输出端上；所述开绕组电机的三个绕组的另一端分别连接在所述第二逆变桥的三个输出端上。
另一方面，本发明实施例提供一种空调压缩机驱动系统，包括：
第一直流电源模块、第二直流电源模块、第一电解电容、第二电解电容、第一逆变桥、开绕组电机和第二逆变桥；
所述第一电解电容和所述第一逆变桥并联接在所述第一直流电源模块的两端；所述第二电解电容和所述第二逆变桥并联接在所述第二直流电源模块的两端；
所述开绕组电机的三个绕组的一端分别连接在所述第一逆变桥的三个输出端上；所述开绕组电机的三个绕组的另一端分别连接在所述第二逆变桥的三个输出端上。
再一方面，本发明实施例提供一种空调压缩机，包括上述任意一项所述的空调压缩机驱动系统。
又一方面，本发明实施例提供一种空调，包括上述任意一项所述的空调压缩机。
本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统、空调压缩机及空调，所述空调压缩机驱动系统包括：第一直流电源模块、第一电解电容、第一逆变桥、开绕组电机和第二逆变桥；第一电解电容、第一逆变桥和第二逆变桥并联接在第一直流电源模块的两端；开绕组电机的三个绕组的一端分别连接在第一逆变桥的三个输出端上；开绕组电机的三个绕组的另一端分别连接在第二逆变桥的三个输出端上。相较于现有技术，本发明实施例中的空调压缩机驱动系统由于采用了开绕组电机，开绕组电机中每个绕组的相电压最大基波幅值均为Udc，这样相较于传统星形绕组电机，开绕组电机的电压利用率提升了一倍，使得空调压缩机的恒转矩区也扩大了一倍，进而使得空调压缩机可以运行在更高的频率下，即提高了空调压缩机的运行频率和运行效率，进而提高了空调能效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的空调压缩机结构示意图；
图2为现有技术提供的压缩机电机的绕组结构示意图；
图3为现有技术提供的空调压缩机驱动系统示意图；
图4为本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统示意图一；
图5为本发明实施例提供的开绕组电机的绕组结构示意图；
图6为现有技术提供的压缩机电机的机械特性曲线；
图7为本发明实施例提供的压缩机电机的机械特性曲线；
图8为本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统示意图二；
图9为本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统示意图三；
图10为本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统示意图四；
图11为本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统示意图五；
图12为本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统示意图六；
图13为本发明实施例提供的空调压缩机结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中，压缩机电机的机械特性一般如图6所示，主要包括两个区域：额定转速以下属于恒转矩区；额定转速以上属于恒功率区。对于压缩机电机来讲，最理想的特性是具有尽可能宽的恒转矩区，以使压缩机在高速运行时也能有较高的转矩输出能力。但是由于系统电压的限制，当压缩机电机超过额定转速后，会进入恒功率区，这样随着转速的升高，压缩机的输出能力则会下降。
参考图3所示，为了尽可能拓宽恒转矩区、提高压缩机高速运行时的输出能力，现有技术中一般有两种解决方法，第一是提高压缩机逆变桥09的直流侧电压Udc；第二是采用弱磁控制和过调制控制技术。在实际应用中，一般是将这两种方式结合使用。然而这两种方法都有其自身的不足，第一种会受到电解电容08及PFC07中功率开关器件耐压值的影响，电压值提高幅度有限；第二种，弱磁控制在运行时需要向压缩机注入额外的d轴电流，但这部分电流会产生额外的铜损，从而降低压缩机效率。同样，过调制技术需要向压缩机注入额外的谐波电压，通过提升输入电压有效值来达到扩速的目的，而这些额外的谐波电压分量同样也会使压缩机效率降低，并产生噪声，影响用户体验。
本发明实施例提供一种空调压缩机驱动系统，如图4所示，包括：第一直流电源模块10、第一电解电容11、第一逆变桥12、开绕组电机13和第二逆变桥14；第一电解电容11、第一逆变桥12和第二逆变桥14并联接在第一直流电源模块10的两端；开绕组电机13的三个绕组的一端分别连接在第一逆变桥12的三个输出端上；开绕组电机13的三个绕组的另一端分别连接在第二逆变桥14的三个输出端上。
参考图4和图5所示，开绕组电机13相较于传统的星形绕组电机，取消了绕组的公共中心点，将绕组另一端也从空调压缩机内部引出。这样当第一逆变桥12的S1-1和第二逆变桥14的S2-4同时开通时，绕组U1U2相电压最大基波幅值为Udc；同理对于绕组V1V2和W1W2，其相电压最大基波幅值同样也可以达到Udc，这样使得开绕组电机13的电压利用率提高了一倍，进而使得空调压缩机的恒转矩区也扩大了一倍，具体可参考图6和图7所示，图6为现有技术中空调压缩机电机的机械特性曲线；图7为本发明实施例中空调压缩机电机的机械特性曲线。
本发明实施例中由于开绕组电机13的电压利用率提高了一倍，因而空调压缩机可以运行在较高的频率下，不需要或仅需少量过调制控制，这样向开绕组电机13内注入的过调制电压谐波会明显减少，有利于降低空调压缩机振动和噪声。同样，因为提高了电压利用率，空调压缩机对弱磁控制的依赖大大降低，向电机内注入的d轴电流也会大大降低，有利于提高空调压缩机的运行效率。
参考图4所示，第一直流电源模块10用于提供直流电压，第一直流电源模块10可以是一个直流电压源，也可以是由交流电压源和PFC组成的模块结构，本发明实施例对此不做限定。
这样一来，相较于现有技术，本发明实施例中的空调压缩机驱动系统由于采用了开绕组电机，开绕组电机中每个绕组的相电压最大基波幅值均为Udc，这样相较于传统星形绕组电机，开绕组电机的电压利用率提升了一倍，使得空调压缩机的恒转矩区也扩大了一倍，进而使得空调压缩机可以运行在更高的频率下，即提高了空调压缩机的运行频率和运行效率，进而提高了空调能效。
进一步的，参考图4和图8所示，第一直流电源模块10包括第一交流电源15、以及接在第一交流电源15两端的第一功率因数校正单元16；第一电解电容11、第一逆变桥12和第二逆变桥14并联接在第一功率因数校正单元16的两端。
其中，第一功率因数校正单元16用于将交流电压转变为直流电压，起到整流左右。参考图9所示，第一功率因数校正单元16一般包括：第一整流桥17、第一电感18、第一开关管19和第一二极管20；第一整流桥17、第一电感18和第一开关管19串联形成回路；第一二极管20和第一电解电容11串联后与第一开关管19并联。其中，第一整流桥17为全桥结构。
在实际应用中，开绕组电机13可以为永磁同步电机，也可以是异步电机，本发明实施例对此不做限定。由于永磁同步电机单位体积的功率比较大、力矩波动小，且运行效率高，使得应用永磁同步电机的压缩机在制冷、制热时更为平稳，噪声更小，且运行效率较高，节能效果更佳。因而较佳的，开绕组电机13为开绕组永磁同步电机。
本发明另一实施例提供一种空调压缩机驱动系统，如图10所示，包括：第一直流电源模块10、第二直流电源模块21、第一电解电容11、第二电解电容22、第一逆变桥12、开绕组电机13和第二逆变桥14；第一电解电容11和第一逆变桥12并联接在第一直流电源模块10的两端；第二电解电容22和第二逆变桥14并联接在第二直流电源模块21的两端；开绕组电机13的三个绕组的一端分别连接在第一逆变桥12的三个输出端上；开绕组电机13的三个绕组的另一端分别连接在第二逆变桥14的三个输出端上。
对比图4和图10可知，图4中仅包括第一直流电源模块10，而图10中包括第一直流电源模块10和第二直流电源模块21；由于图4中的单电源系统会产生零序电流，而零序电流的存在会影响开绕组电机13的电流波形，增加开绕组电机13的转矩波动和损耗，这对开绕组电机13均是有害的，因而需要从算法上进行抑制，但这样又会增加控制的难度；而图10中的双电源系统会从根本上抑制零序电流的产生，从而不需要利用算法进行抑制，进而降低了控制难度。
需要说明的是，第一逆变桥12和第二逆变桥14的直流母线可以连接在一起，也可以不连接在一起，本发明实施例对此不做限定。将第一逆变桥12和第二逆变桥14的直流母线连接在一起的结构可以称为共母线结构；将第一逆变桥12和第二逆变桥14的直流母线不连接在一起的结构可以称为隔离母线结构，如图10所示。
在实际应用中，开绕组电机13可以为永磁同步电机，也可以是异步电机，本发明实施例对此不做限定。由于永磁同步电机单位体积的功率比较大、力矩波动小，且运行效率高，使得应用永磁同步电机的压缩机在制冷、制热时更为平稳，噪声更小，且运行效率较高，节能效果更佳。因而较佳的，开绕组电机13为开绕组永磁同步电机。
参考图10所示，开绕组电机13相较于传统的星形绕组电机，取消了绕组的公共中心点，将绕组另一端也从空调压缩机内部引出。这样当第一逆变桥12的S1-1和第二逆变桥14的S2-4同时开通时，绕组U1U2相电压最大基波幅值为Udc；同理对于绕组V1V2和W1W2，其相电压最大基波幅值同样也可以达到Udc，这样使得开绕组电机13的电压利用率提高了一倍，进而使得空调压缩机的恒转矩区也扩大了一倍。由于开绕组电机13的电压利用率提高了一倍，因而空调压缩机可以运行在较高的频率下，不需要或仅需少量过调制控制，这样向开绕组电机13内注入的过调制电压谐波会明显减少，有利于降低空调压缩机振动和噪声。同样，因为提高了电压利用率，空调压缩机对弱磁控制的依赖大大降低，向电机内注入的d轴电流也会大大降低，有利于提高空调压缩机的运行效率。
这样一来，相较于现有技术，本发明实施例中的空调压缩机驱动系统由于采用了开绕组电机，开绕组电机中每个绕组的相电压最大基波幅值均为Udc，这样相较于传统星形绕组电机，开绕组电机的电压利用率提升了一倍，使得空调压缩机的恒转矩区也扩大了一倍，进而使得空调压缩机可以运行在更高的频率下，即提高了空调压缩机的运行频率和运行效率，进而提高了空调能效；同时，由于本发明实施例中采用了双电源结构，因而抑制了零序电流的产生，进而降低了控制难度。
参考图10所示，第一直流电源模块10用于提供直流电压，第一直流电源模块10可以是一个直流电压源，也可以是由交流电压源和PFC组成的模块结构，本发明实施例对此不做限定。较佳的，参考图11所示，第一直流电源模块10包括第一交流电源15、以及接在第一交流电源15两端的第一功率因数校正单元16；第一电解电容11和第一逆变桥12并联接在第一功率因数校正单元16的两端；第二直流电源模块21包括第二交流电源23、以及接在第二交流电源23两端的第二功率因数校正单元24；第二电解电容22和第二逆变桥14并联接在第二功率因数校正单元24的两端。
参考图12所示，第一功率因数校正单元16具体包括：第一整流桥17、第一电感18、第一开关管19和第一二极管20；第一整流桥17、第一电感18和第一开关管19串联形成回路；第一二极管20和第一电解电容11串联后与第一开关管19并联；第二功率因数校正单元24具体包括：第二整流桥25、第二电感26、第二开关管27和第二二极管28；第二整流桥25、第二电感26和第二开关管27串联形成回路；第二二极管28和第二电解电容22串联后与第二开关管27并联。其中，第一整流桥17和第二整流桥25均为全桥结构。
本发明再一实施例提供一种空调压缩机，包括上述任意一种所述的空调压缩机驱动系统。本发明实施例中的空调压缩机驱动系统由于采用了开绕组电机，开绕组电机中每个绕组的相电压最大基波幅值均为Udc，这样相较于传统星形绕组电机，开绕组电机的电压利用率提升了一倍，使得空调压缩机的恒转矩区也扩大了一倍，进而使得空调压缩机可以运行在更高的频率下，即提高了空调压缩机的运行频率和运行效率，进而提高了空调能效。
进一步的，如图13所示，所述空调压缩机还包括接线端子29、气缸30、以及与气缸30连接的气液分离器31；接线端子29与开绕组电机13通过电机引线32连接；开绕组电机13的转轴与气缸30的转子连接。在实际应用中，当开绕组电机13通电工作时，开绕组电机13的转轴带动气缸30的转子运动，以改变压缩机腔内部容积大小来进行气体压缩。
本发明又一实施例提供一种空调，包括上述任意一种所述的空调压缩机。由于本发明实施例中的空调压缩机由于采用了开绕组电机，开绕组电机中每个绕组的相电压最大基波幅值均为Udc，这样相较于传统星形绕组电机，开绕组电机的电压利用率提升了一倍，使得空调压缩机的恒转矩区也扩大了一倍，进而使得空调压缩机可以运行在更高的频率下，即提高了空调压缩机的运行频率和运行效率，进而提高了空调能效。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种空调压缩机驱动系统，其特征在于，包括：
第一直流电源模块、第一电解电容、第一逆变桥、开绕组电机和第二逆变桥；
所述第一电解电容、所述第一逆变桥和所述第二逆变桥并联接在所述第一直流电源模块的两端；
所述开绕组电机的三个绕组的一端分别连接在所述第一逆变桥的三个输出端上；所述开绕组电机的三个绕组的另一端分别连接在所述第二逆变桥的三个输出端上。
2.根据权利要求1所述的空调压缩机驱动系统，其特征在于，所述第一直流电源模块包括第一交流电源、以及接在所述第一交流电源两端的第一功率因数校正单元；
所述第一电解电容、所述第一逆变桥和所述第二逆变桥并联接在所述第一功率因数校正单元的两端。
3.根据权利要求2所述的空调压缩机驱动系统，其特征在于，所述第一功率因数校正单元包括：第一整流桥、第一电感、第一开关管和第一二极管；
所述第一整流桥、所述第一电感和所述第一开关管串联形成回路；
所述第一二极管和所述第一电解电容串联后与所述第一开关管并联。
4.根据权利要求1所述的空调压缩机驱动系统，其特征在于，所述开绕组电机为开绕组永磁同步电机。
5.一种空调压缩机驱动系统，其特征在于，包括：
第一直流电源模块、第二直流电源模块、第一电解电容、第二电解电容、第一逆变桥、开绕组电机和第二逆变桥；
所述第一电解电容和所述第一逆变桥并联接在所述第一直流电源模块的两端；所述第二电解电容和所述第二逆变桥并联接在所述第二直流电源模块的两端；
所述开绕组电机的三个绕组的一端分别连接在所述第一逆变桥的三个输出端上；所述开绕组电机的三个绕组的另一端分别连接在所述第二逆变桥的三个输出端上。
6.根据权利要求5所述的空调压缩机驱动系统，其特征在于，所述第一直流电源模块包括第一交流电源、以及接在所述第一交流电源两端的第一功率因数校正单元；所述第一电解电容和所述第一逆变桥并联接在所述第一功率因数校正单元的两端；
所述第二直流电源模块包括第二交流电源、以及接在所述第二交流电源两端的第二功率因数校正单元；所述第二电解电容和所述第二逆变桥并联接在所述第二功率因数校正单元的两端。
7.根据权利要求6所述的空调压缩机驱动系统，其特征在于，所述第一功率因数校正单元包括：第一整流桥、第一电感、第一开关管和第一二极管；所述第一整流桥、所述第一电感和所述第一开关管串联形成回路；所述第一二极管和所述第一电解电容串联后与所述第一开关管并联；
所述第二功率因数校正单元包括：第二整流桥、第二电感、第二开关管和第二二极管；所述第二整流桥、所述第二电感和所述第二开关管串联形成回路；所述第二二极管和所述第二电解电容串联后与所述第二开关管并联。
8.一种空调压缩机，其特征在于，包括权利要求1至7中任意一项所述的空调压缩机驱动系统。
9.根据权利要求8所述的空调压缩机，其特征在于，所述空调压缩机还包括接线端子、气缸、以及与所述气缸连接的气液分离器；
所述接线端子与所述开绕组电机通过电机引线连接；所述开绕组电机的转轴与所述气缸的转子连接。
10.一种空调，其特征在于，包括权利要求8或9所述的空调压缩机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 266100 Zhuzhou Road, Laoshan District, Qingdao, Shandong Province, No. 151 Applicant after: Hisense (Shandong) Air-conditioning Co., Ltd. Address before: 266736 Hisense Road 1, South Village Town, Pingdu City, Qingdao, Shandong Applicant before: Hisense (Shandong) Air-conditioning Co., Ltd. |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180126 |