CN111133261B - 变速驱动装置输入电流控制 - Google Patents

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Abstract

提供了一种冷却器组件。所述冷却器组件包括连接在封闭的制冷剂回路中的压缩机(102)、冷凝器(106)、膨胀装置和蒸发器(108)。所述冷却器组件进一步包括连接至所述压缩机以便为所述压缩机供电的电机(104)、以及连接至所述电机以便为所述电机供电的变速驱动装置(110)。所述变速驱动装置可操作以向所述电机提供可变电压和可变频率来为所述电机供电。所述变速驱动装置包括输入电流估计器和多个传感器，所述输入电流估计器基于从所述传感器接收到的传感器数据来确定估计的RMS输入电流。所述冷却器组件进一步包括控制面板，所述控制面板用于控制所述变速驱动装置的运行。

Description

变速驱动装置输入电流控制
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年9月25日提交的美国临时专利申请号62/563,039的权益和优先权，所述美国临时专利申请的全部披露内容通过援引并入本文。
背景技术
建筑物可以包括暖通空调(HVAC)系统。
发明内容
本披露的一种实施方式是一种冷却器组件。所述冷却器组件包括连接在封闭的制冷剂回路中的压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器。所述冷却器组件进一步包括连接至所述压缩机以便为所述压缩机供电的电机、以及连接至所述电机以便为所述电机供电的变速驱动装置。所述变速驱动装置可操作以向所述电机提供可变电压和可变频率来为所述电机供电。所述变速驱动装置包括输入电流估计器和多个传感器，所述输入电流估计器基于从所述传感器接收到的传感器数据来确定估计的RMS输入电流。所述冷却器组件进一步包括控制面板，所述控制面板用于控制所述变速驱动装置的运行。
本披露的另一种实施方式是一种根据估计的输入RMS电流来控制冷却器组件的方法。所述方法包括确定DC链路功率值、确定线间输入电压值、确定输入电流值、以及确定具有失真值的输入电流。所述方法还包括确定变压器电流值、确定总输入RMS电流值、以及执行输入RMS电流响应动作。
本披露的又一种实施方式是一种用于冷却器组件的变速驱动装置的处理电路。所述处理电路包括处理器和存储器，所述存储器可通信地耦合到所述处理器，并且可操作以执行用于根据估计的输入RMS电流来控制所述冷却器组件的方法。所述方法包括确定DC链路功率值、确定线间输入电压值、确定输入电流值、以及确定具有失真值的输入电流。所述方法还包括确定变压器电流值、确定总输入RMS电流值、以及执行输入RMS电流响应动作。
附图说明
图1是根据一些实施例的冷却器组件的透视图。
图2是根据一些实施例的图1的冷却器组件的立视图。
图3是根据一些实施例的可以用于图1的冷却器组件中的变速驱动装置的示意图。
图4是根据一些实施例的可以由图3的变速驱动装置执行的输入电流估计和控制过程的流程图。
具体实施方式
本披露总体上涉及用于变速驱动装置(VSD)的输入电流控制特征。VSD可以向电机提供具有可变电压和频率的电力。VSD可具有比输入电流额定值更高的输出电流额定值。例如，输出电流额定值为420安的VSD可具有390安的输入电流额定值，而输出电流额定值为780安的VSD可具有600安的输入电流额定值。额定频率为60Hz的VSD可以通过测量输出电流并假设输入电流是相同的来运行，但是此假设对于具有更高频率额定值(例如，110Hz、210Hz)的VSD不太适用。此外，当在冷却器组件中实施VSD时，在输出和输入电流额定值不同的情况下实现冷却器组件的最佳性能。本文描述了利用现有的VSD传感器和电路系统来估计VSD输入电流的系统和方法。
总体上参照附图，示出了具有根据输入控制系统来运行的VSD的冷却器组件。参照图1等，描绘了冷却器组件100的示例实施方式。冷却器组件100可包括由电机104驱动的压缩机102、冷凝器106和蒸发器108。制冷剂在封闭的蒸气压缩循环制冷剂回路中循环通过冷却器组件100。冷却器组件100还可以包括控制面板114，用以控制蒸气压缩循环在冷却器组件100内部的运行。
电机104可以由VSD 110供电。VSD 110从交流(AC)电源(见下面的图2)接收具有特定的固定线电压和固定线频率的AC电力，并且向电机104提供具有可变电压和频率的电力。VSD 110可以向电机104提供具有比电机104的额定电压和频率更高的电压和频率以及更低的电压和频率的AC电力。电机104可以是可由VSD 110供电的任何类型的电动机。例如，电机104可以是高速感应电机。压缩机102由电机104驱动，以压缩通过抽吸管线112从蒸发器108接收到的制冷剂蒸气、并且通过排放管线124将制冷剂蒸气输送至冷凝器106。压缩机102可以是离心压缩机、螺杆压缩机、涡旋压缩机、涡轮压缩机或任何其他类型的合适的压缩机。
蒸发器108包括内部管束、用于向内部管束供应和去除过程流体的供应管线120和回流管线122。经由循环工艺流体的导管，供应管线120与回流管线122可以与HVAC系统(例如，空气处理器)内部的部件处于流体连通。工艺流体是用于冷却建筑物的冷却液体，并且可以是但不限于水、乙二醇、氯化钙盐水、氯化钠盐水、或任何其他合适的液体。蒸发器108被配置用于在工艺流体穿过蒸发器108的管束并与制冷剂进行热交换的过程中，降低工艺流体的温度。制冷剂蒸气由制冷剂液体在蒸发器108中形成，所述制冷剂液体被输送至蒸发器108、与工艺流体进行热交换、发生相变成为制冷剂蒸气。
由压缩机102输送到冷凝器106的制冷剂蒸气将热量传递给流体。由于与流体进行热量传递，制冷剂蒸气在冷凝器106中冷凝成制冷剂液体。来自冷凝器106的制冷剂液体流过膨胀装置并回流至蒸发器108，以完成冷却器组件100的制冷剂循环。冷凝器106包括供应管线116与回流管线118，用于使流体在冷凝器106与HVAC系统的外部部件(例如，冷却塔)之间循环。经由回流管线118供应给冷凝器106的流体与冷凝器106中的制冷剂进行热交换、并且经由供应管线116从冷凝器106中移除，以完成循环。循环通过冷凝器106的流体可以是水或任何其他合适的液体。
制冷剂可以具有小于400kPa或大约58psi的工作压力。例如，制冷剂可以是R1233zd。R1233zd是一种不易燃的氟化气体，相对于商用冷却器组件中使用的其他制冷剂而言，其具有较低的全球变暖潜能值(GWP)。GWP是为比较不同气体对全球变暖的影响而制定的一项衡量标准，方法是量化1吨气体的排放量在一定时段内相对于1吨二氧化碳的排放量将吸收多少能量。
参照图3，示出了根据一些实施例的可以用于冷却器组件100中的VSD 302的示意图。在各种实施例中，VSD 302与以上参照图1至图2描述的VSD 110相同或基本相似。VSD302被示出为以固定AC输入电压和频率从AC电源304接收AC电力，并且以可变电压和可变频率向电机328输出电力。
VSD 302被示出为除其他部件之外还包括整流器和输入滤波器306、DC链路308和逆变器310。整流器和输入滤波器306将来自AC电源304的固定线频率、固定线电压转换为DC电力。基于冷却器组件和VSD 302的所安装的位置，固定线频率可以可替代地是50Hz或60Hz。DC链路308过滤来自整流器和输入滤波器306的DC电力，并提供能量储存部件。DC链路308可以包括电容器、电感器或其组合，所述电容器、电感器或其组合包括表现出较高的可靠率和非常低的故障率的无源器件。最后，逆变器310将来自DC链路308的DC电力转换为用于电机104的可变频率、可变电压的AC电力。逆变器310可以是功率模块，所述功率模块可以包括与引线键合技术互连的功率晶体管、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率开关和反向二极管。
在一些实施方式中，VSD 302进一步包括有源谐波滤波器部件312。有源谐波滤波器可以用于消除谐波失真，所述谐波失真是50Hz或60Hz基频的连续倍数的电流和电压。在各种实施方式中，有源谐波滤波器部件312可以包括将谐波电流偏转到地的电容器、电感器和电阻器的阵列。是否存在启用的有源谐波滤波器312可能影响具有失真的估计的输入电流的值。下面参照图4包括计算具有失真的估计的输入电流的值的进一步细节。
仍然参照图3，VSD 302被示出为包括处理电路316，所述处理电路包括处理器318和存储器320。处理电路316可以可通信地连接到控制面板326，使得处理电路316及其各种部件可以发送和接收数据。处理器318可以被实施为通用处理器、应用专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一组处理部件或其他合适的电子处理部件。
存储器320(例如，存储器、存储单元、存储装置等)可以包括用于存储数据和/或计算机代码的一个或多个装置(例如，RAM、ROM、闪存、硬盘存储装置等)，所述数据和/或计算机代码用于完成或促进本申请中所描述的各种过程、层和模块。存储器320可以是或包括易失性存储器或非易失性存储器。存储器320可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件或用于支持本申请中所描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。根据一些实施例，存储器320经由处理电路316可通信地连接到处理器318，并且包括用于执行(例如，由处理电路316和/或处理器318)本文所描述的一个或多个过程的计算机代码。
主VSD控制器322可以被配置用于与控制面板326一起工作以实施输入电流控制系统。基于从传感器314接收到的数据，输入电流估计器324可以实施用于估计到VSD 302的总输入电流的过程(下面参照图4进一步详细描述)。传感器314可以可通信地耦合到整流器和输入滤波器306、DC链路308、逆变器310和有源谐波滤波器312，以将传感器数据提供给主VSD控制器322。在各种实施方式中，传感器314可以是任何合适类型的电流或电压传感器。提供给主VSD控制器322的传感器数据可以包括但不限于输出电流值、DC链路电流值和DC链路电压值。
在一些实施方式中，当基于由输入电流估计器324所确定的估计的输入电流，输入电流限制被接近或违反时，控制面板326可以执行动作。例如，如果由输入电流估计器324所确定的估计的输入电流接近输入电流限制，则控制面板326可以进行动作以降低冷却器负荷。在其他实施方式中，控制面板326可包括显示屏或可通信地耦合至显示屏，监督冷却器组件的运行的技术人员或用户可以在所述显示屏上查看运行警报。如果输入电流估计器324确定输入电流已经超过或接近限制，则输入电流估计器324可以向控制面板326发送信号以显示输入电流警告或警报消息。
现在转到图4，描绘了用于基于估计的输入电流来控制冷却器组件的过程400的流程图。在各种实施例中，过程400由以上参照图3描述的VSD 302中的输入电流估计器324和控制面板326来执行。过程400被示出为开始于动作402，在所述动作中，输入电流估计器324确定DC链路功率。可以根据焦耳定律通过将DC链路电压值乘以DC链路电流值来计算DC链路功率。例如，DC链路电压值可以由耦合至DC链路部件308的传感器314获得，并且DC链路电流值可以由耦合至逆变器部件310的传感器314获得。
可以继续进行动作404，输入电流估计器324确定线间输入电压。线间输入电压的等式可以如下：
Figure BDA0002419183410000051
如上所指出的，DC链路电压可以从DC链路部件308获得，而DC链路电流可以从逆变器部件310获得。输入线频率可以从AC电源304获得，并且可以是50Hz或60Hz(取决于冷却器组件乃至VSD 302所安装的位置)。线电感可以是VSD模型的属性特性。下面的表1中包括以微亨(μH)呈现的采样线电感值。
VSD模型 线电感(μH)
330A 168
420A 115
780A 80
1020A 60
1280A 41
表1：各种VSD模型的采样线电感值
过程400可以继续进行到动作406，在所述动作中，输入电流估计器324确定输入电流值。输入电流可以是可用于执行工作(例如，用于驱动电机328)的电流的度量。输入电流的等式可以如下：
Figure BDA0002419183410000061
如上所述，可以在动作402中确定DC链路功率，并且可以在动作404中确定线间输入电压。在各种实施方式中，0.96可以是假设的功率因数值，所述功率因数值可以是VSD模型的特性。
动作408可以包括输入电流估计器324确定具有失真值的输入电流。这个值可以基于VSD内的有源谐波滤波器部件(例如，有源谐波滤波器312)的存在与否以不同的方式来进行计算。在各种实施方式中，对有源谐波滤波器部件的检测可以由输入电流估计器324来执行，并且可以相应地调整具有失真值的输入电流的等式。例如，如果VSD不包括有源谐波滤波器部件，或者如果滤波器部件被禁用，则具有失真的输入电流的等式可以如下：
Figure BDA0002419183410000062
然而，如果VSD包括启用的有源谐波滤波器部件，则具有失真的输入电流的等式可以如下：
Figure BDA0002419183410000063
动作410可以包括输入电流估计器324确定变压器电流值。可以将变压器电流值提供给用于为VSD 302内的电路供电的低压控制变压器。例如，低压电流变压器可用于为VSD302内的诸如泵和风扇等部件供电。变压器电流值的等式可以如下：
Figure BDA0002419183410000071
动作412可以包括输入电流估计器324确定总输入均方根(RMS)电流。总输入RMS电流的等式可以如下：
Figure BDA0002419183410000072
如上所述，可以在动作408中确定具有失真值的输入电流，并且可以在动作410中确定变压器电流值。过程400被示出为以动作414结束，在所述动作中，输入电流估计器324执行输入RMS电流响应动作。在各种实施方式中，输入RMS电流响应动作可以包括由于输入电流估计器324已经确定输入RMS电流正在接近或已经超过输入电流限制而将向控制面板326发送信号以降低冷却器负荷。在其他实施方式中，输入RMS电流响应动作可以包括向控制面板326发送信号以显示输入电流警告消息或警报。
如各示例性实施例中所示出的系统和方法的构造和布置仅是说明性的。尽管本披露中仅详细描述了示例性实施例，但是许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等变化)。例如，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且离散元件的性质或数量或位置可以更改或变化。因此，所有这种修改旨在被包括在本披露内容的范围内。可以根据替代实施例对任何过程或方法动作的顺序或序列进行改变或重新排序。在不脱离本披露范围的情况下，可以在示例性实施例的设计、操作条件和布置方面作出其他替代、修改、改变、和省略。

Claims (19)

1.一种冷却器组件，包括：
连接在封闭的制冷剂回路中的压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器；
电机，所述电机连接到所述压缩机，以便为所述压缩机供电；
变速驱动装置，所述变速驱动装置可操作以向所述电机提供可变电压并提供可变频率来为所述电机供电，所述变速驱动装置包括：
多个传感器；以及
输入电流估计器，所述输入电流估计器可操作以至少部分地基于从所述多个传感器接收到的传感器数据来确定估计的RMS输入电流，其中所述传感器数据包括DC链路电压值和DC链路电流值；以及
控制面板，所述控制面板用于控制所述变速驱动装置和所述冷却器组件的一个或多个部件的运行。
2.如权利要求1所述的冷却器组件，其中，所述输入电流估计器响应于基于所述估计的RMS输入电流确定输入电流限制被违反而执行动作。
3.如权利要求2所述的冷却器组件，其中，所述动作包括向所述控制面板发送信号以降低冷却器负荷。
4.如权利要求2所述的冷却器组件，其中，所述动作包括向所述控制面板发送信号以显示警报消息。
5.一种根据估计的输入RMS电流来控制冷却器组件的方法，所述方法包括：
确定DC链路功率值；
确定线间输入电压值；
确定输入电流值；
确定具有失真值的输入电流；
确定变压器电流值；
确定总输入RMS电流值；以及
执行输入RMS电流响应动作。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述输入RMS电流响应动作包括向控制面板发送信号以降低冷却器负荷。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述输入RMS电流响应动作包括向控制面板发送信号以显示警报消息。
8.如权利要求5所述的方法，其中，所述方法由变速驱动装置的输入电流估计器执行。
9.如权利要求5所述的方法，其中，所述DC链路功率值是至少部分地基于DC链路电压值和DC链路电流值。
10.如权利要求5所述的方法，其中，所述线间输入电压值是至少部分地基于DC链路电压值、输入线频率值、线电感值和DC链路电流值。
11.如权利要求5所述的方法，其中，所述输入电流值是至少部分地基于所述DC链路功率值和所述线间输入电压值。
12.如权利要求5所述的方法，其中，所述具有失真值的输入电流是至少部分地基于所述输入电流值以及基于确定有源谐波滤波器为可操作。
13.如权利要求5所述的方法，其中，所述变压器电流值是至少部分地基于所述线间输入电压值。
14.如权利要求5所述的方法，其中，所述总输入RMS电流值是至少部分地基于所述变压器电流值和所述具有失真值的输入电流。
15.一种用于冷却器组件的变速驱动装置的处理电路，所述处理电路包括：
处理器；以及
存储器，所述存储器可通信地耦合到所述处理器，并且可操作以执行用于根据估计的输入RMS电流来控制所述冷却器组件的方法，所述方法包括：
确定DC链路功率值；
确定线间输入电压值；
确定输入电流值；
确定具有失真值的输入电流；
确定变压器电流值；
确定总输入RMS电流值；以及
执行输入RMS电流响应动作。
16.如权利要求15所述的处理电路，其中，所述输入RMS电流响应动作包括向控制面板发送信号以降低冷却器负荷。
17.如权利要求15所述的处理电路，其中，所述输入RMS电流响应动作包括向控制面板发送信号以显示警报消息。
18.如权利要求15所述的处理电路，其中，所述线间输入电压值是至少部分地基于DC链路电压值、输入线频率值、线电感值和DC链路电流值。
19.如权利要求15所述的处理电路，其中，所述输入电流值是至少部分地基于所述DC链路功率值和所述线间输入电压值。
CN201880061254.0A 2017-09-25 2018-09-24 变速驱动装置输入电流控制 Active CN111133261B (zh)

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