CN117691879A - 集成式变频器、传动系统以及电器设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种集成式变频器、传动系统以及电器设备。其中，该集成式变频器采用一体化的变频器系统与压缩机系统，压缩机系统包括：压缩机和压缩机主控单元；变频器系统包括：变频器主控单元、滤波单元、滤波电路、开关电源、半控整流电路以及全控逆变电路；滤波单元对输入电源进行滤波后，经过开关电源分别为变频器主控单元和压缩机主控单元供电；半控整流电路将输入电源整流为直流电，由滤波电路进行滤波，全控逆变电路将滤波后的直流电逆变为交流电来为电机供电。通过变频器与压缩机集成一体化，减少了变频器与压缩机的器件电信号的转接及控制回路，使整个系统体积小型化，可以解决相关技术中传动系统的体积较大的技术问题。

Description

集成式变频器、传动系统以及电器设备

技术领域

本申请涉及家电领域，具体而言，涉及一种集成式变频器、传动系统以及电器设备。

背景技术

变频器作为传动系统的重要部分，应用广泛且种类繁多。对于应用在中央空调传动系统的变频器大多被设为独立结构单元，采用柜体设计模式安装，然后通过调频调压带动独立的离心式压缩机电机部件运作，这种方案使得整个传动系统的体积变得比较大，占地空间广，在空间狭隘的情况下难以满足安装需要。

针对上述相关技术中传动系统的体积较大的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种集成式变频器、传动系统以及电器设备，以至少解决相关技术中传动系统的体积较大的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种集成式变频器，包括一体化的变频器系统与压缩机系统，所述压缩机系统包括：压缩机和用于控制所述压缩机的压缩机主控单元；所述变频器系统包括：变频器主控单元、滤波单元、滤波电路、开关电源、半控整流电路以及全控逆变电路；所述滤波单元用于对输入电源进行滤波后，经过所述开关电源分别为所述变频器主控单元和所述压缩机主控单元供电；所述半控整流电路用于将输入电源整流为直流电，所述滤波电路用于对直流电进行滤波，所述全控逆变电路用于将滤波后的直流电逆变为交流电，来为电机供电。

可选地，所述变频器系统还包括：继电器和用于控制所述继电器的继电器控制模块，所述继电器用于控制所述电机的运行状态。

可选地，在所述压缩机主控单元接收到启动运行的命令后，通过CAN总线通知所述变频器主控单元，向所述全控逆变电路内的绝缘栅双极性晶体管IGBT的控制极发出PWM脉冲宽度调制波，以控制所述全控逆变电路将直流电逆变为交流电；在所述全控逆变电路将直流电逆变为交流电的过程中，所述变频器主控单元对所述全控逆变电路的输出进行电流采样。

可选地，所述压缩机的筒体上表面开设有安装孔，所述变频器系统和所述压缩机系统中的器件通过所述安装孔安装在所述筒体上表面；所述变频器系统和所述压缩机系统中器件的控制电路集成在所述变频器主控单元中。

可选地，所述压缩机的筒体上表面开设有第一流道和第二流道，所述第一流道上方设有适配的第一封板，所述第二流道上方设有适配的第二封板，所述第一流道用于为安装在所述第一封板上的所述全控逆变电路中的绝缘栅双极性晶体管散热，所述第二流道用于为安装在所述第二封板上的所述半控整流电路中的晶闸管和二极管散热。

可选地，所述全控逆变电路和所述半控整流电路内部设有NTC温度采样装置，所述NTC温度采样装置将采样到的温度信号反馈给所述变频器主控单元；所述第一流道的进口、所述第二流道的进口、所述第一流道的出口以及所述第二流道的出口均设有感温包，所述感温包将采样到的温度信号反馈给所述变频器主控单元。

可选地，所述变频器主控单元根据所述半控整流电路的温度、所述全控逆变电路的温度、所述第一流道的进口温度、所述第二流道的进口温度、所述第一流道的出口温度以及所述第二流道的出口温度，判断是否超过所设的温度保护阀值。

可选地，所述变频器系统还包括：用于控制所述第一流道中冷媒流量大小的第一电磁阀，用于控制所述第二流道中冷媒流量大小的第二电磁阀；所述变频器主控单元用于通过调节所述第一电磁阀的开度来降低所述全控逆变电路的温度，通过调节所述第二电磁阀的开度来降低所述半控整流电路的温度。

可选地，当所述变频器主控单元检测到内部环境的湿度低于预设湿度阀值时，所述变频器主控单元控制半导体制冷片启动，以进行内部除湿。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种传动系统，包括上述的集成式变频器。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种电器设备(如冰箱)，包括上述的传动系统。

在本申请实施例中，采用一体化的变频器系统与压缩机系统，压缩机系统包括：压缩机和压缩机主控单元；变频器系统包括：变频器主控单元、滤波单元、滤波电路、开关电源、半控整流电路以及全控逆变电路；滤波单元用于对输入电源进行滤波后，经过开关电源分别为变频器主控单元和压缩机主控单元供电；半控整流电路用于将输入电源整流为直流电，滤波电路用于对直流电进行滤波，全控逆变电路用于将滤波后的直流电逆变为交流电，来为电机供电。通过设计一种变频器与压缩机集成一体化控制方案，减少了变频器与压缩机的器件电信号的转接及控制回路，使整个系统体积小型化，可以解决相关技术中传动系统的体积较大的技术问题，并提高了变频系统安全性和可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的一种可选的集成式变频器的示意图；

图2是根据本申请实施例的变频器半控整流控制架构的示意图；

图3是根据本申请实施例的变频器中触发信号的示意图；

图4是根据本申请实施例的一体化系统布局的示意图；

图5是根据本申请实施例的变频器中散热流道的示意图；

图6是根据本申请实施例的变频器中封板的示意图；

图7是根据本申请实施例的半导体制冷片结构的示意图；

图8是根据本申请实施例的模块安装的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

发明人经过对相关技术进行分析认识到，变频器内部涉及的控制器件以及与离心机式压缩机主控连接控制的器件比较多，在有限空间范围内接线繁多且复杂，只依靠器件之间的排布，一定程度上能够减小变频器体积，但是由于接线、走线困难，这不是最优方法。

变频器功率模块的冷却，主要是通过从机组蒸发器壳管布局铜管引到变频器单元中安装功率模块的散热器冷媒进出口，通过压缩机主控单元控制所布置管路上的节流阀以调节冷媒流量大小，从而实现冷却。

针对以上技术的不足，本申请提供了一种集成式变频器的控制方案，变频器与电机部件集成一体及器件高度集成，使得整个传动系统体积小型化，同时大大减少了变频器控制器件内部以及与电机部件之间的电信号回路。

根据本申请实施例的一方面，提供了一种集成式变频器的实施例。图1是根据本申请实施例的一种可选的集成式变频器的示意图，如图1所示，该集成式变频器可以包括以下组成部分：

压缩机系统包括：压缩机11和用于控制压缩机的压缩机主控单元12；

变频器系统包括：变频器主控单元13、滤波单元14、滤波电路15、开关电源16、半控整流电路17以及全控逆变电路18；

滤波单元用于对输入电源进行滤波后，经过开关电源分别为变频器主控单元和压缩机主控单元供电；

半控整流电路用于将输入电源整流为直流电，滤波电路用于对直流电进行滤波，全控逆变电路用于将滤波后的直流电逆变为交流电，来为电机供电。

在本申请的一个实施例中，变频器系统还包括：继电器和用于控制继电器的继电器控制模块，继电器用于控制电机的运行状态。

可选地，在压缩机主控单元接收到启动运行的命令后，通过CAN总线通知变频器主控单元，向全控逆变电路内的绝缘栅双极性晶体管IGBT的控制极发出PWM脉冲宽度调制波，以控制全控逆变电路将直流电逆变为交流电；在全控逆变电路将直流电逆变为交流电的过程中，变频器主控单元对全控逆变电路的输出进行电流采样。

可选地，压缩机的筒体上表面开设有安装孔，变频器系统和压缩机系统中的器件通过安装孔安装在筒体上表面，变频器系统和压缩机系统中器件的控制电路集成在变频器主控单元中。压缩机的筒体上表面开设有第一流道和第二流道，第一流道上方设有适配的第一封板，第二流道上方设有适配的第二封板，第一流道用于为安装在第一封板上的全控逆变电路中的绝缘栅双极性晶体管散热，第二流道用于为安装在第二封板上的半控整流电路中的晶闸管和二极管散热。

可选地，全控逆变电路和半控整流电路内部设有NTC温度采样装置，NTC温度采样装置将采样到的温度信号反馈给变频器主控单元；第一流道的进口、第二流道的进口、第一流道的出口以及第二流道的出口均设有感温包，感温包将采样到的温度信号反馈给变频器主控单元。变频器主控单元根据半控整流电路的温度、全控逆变电路的温度、第一流道的进口温度、第二流道的进口温度、第一流道的出口温度以及第二流道的出口温度，判断是否超过所设的温度保护阀值。

在本申请的一个实施例中，变频器系统还包括：用于控制第一流道中冷媒流量大小的第一电磁阀，用于控制第二流道中冷媒流量大小的第二电磁阀；变频器主控单元用于通过调节第一电磁阀的开度来降低全控逆变电路的温度，通过调节第二电磁阀的开度来降低半控整流电路的温度。当变频器主控单元检测到内部环境的湿度低于预设湿度阀值时，变频器主控单元控制半导体制冷片启动，以进行内部除湿。

在本申请的技术方案中，采用一体化的变频器系统与压缩机系统，压缩机系统包括：压缩机和压缩机主控单元；变频器系统包括：变频器主控单元、滤波单元、滤波电路、开关电源、半控整流电路以及全控逆变电路；滤波单元用于对输入电源进行滤波后，经过开关电源分别为变频器主控单元和压缩机主控单元供电；半控整流电路用于将输入电源整流为直流电，滤波电路用于对直流电进行滤波，全控逆变电路用于将滤波后的直流电逆变为交流电，来为电机供电。通过设计一种变频器与压缩机集成一体化控制方案，减少了变频器与压缩机的器件电信号的转接及控制回路，使整个系统体积小型化，可以解决相关技术中传动系统的体积较大的技术问题，并提高了变频系统安全性和可靠性。

本发明提供了变频器与压缩机集成一体化结构、相应的控制方案和功率模块冷却方案，大大减少了器件信号的转接、控制回路，使得整个传动系统体积小型化。作为一种可选的实施例，下文结合图1至图8、以具体的实施方式为例进一步详述本申请的技术方案。

(1)参考图1和图2，变频器上电后，电网系统提供的380V三相交流电压先经过变频器内部的晶闸管VT1、VT3、VT6、二极管VD4、VD6、VD2变换成直流电压，经过滤波电路中的母线电容C1，然后经过全控逆变电路变成交流电压输出。

(2)该一体化系统包括变频器系统中的主控单元、滤波单元、开关电源单元、驱动、继电器控制模块，以及与变频器系统电连接的压缩机系统，其中压缩机系统包括阀体、制冷片等器件；滤波单元一端与380V输入电源铜排、母排电连接，滤波单元除了具有滤波功能外，内部还集成380V交流电压转换电路，当变频器上电先由滤波单元向变频器主控单元、压缩机主控单元供电，变频器主控单元通过向半控整流电路中的晶闸管控制极发出触发信号ug(参考图3)，控制晶闸管VT1、VT3、VT5的导通顺序实现软启动控制，使得母线直流电压满足一定的值，将该信息通过CAN通讯传递到压缩机主控单元，系统可启动运行。

(3)压缩机主控单元启动运行命令后通过CAN通讯传递给变频器主控单元，变频器主控单元向全控逆变电路中的IGBT(绝缘栅双极性晶体管)控制极发出PWM脉冲宽度调制波，同时采样装置S1、S2对输出电流采样，将信号传递给变频器主控单元。

(4)参考图4，变频器位于压缩机上方，两个系统涉及的器件均集成平铺在压缩机筒体上表面所设有的安装孔上，上述所说的阀体类、制冷片等其他器件的控制电路均集成在变频器主控单元。

(5)参考图5(100-流道1，101-流道2，102-电磁阀1，103电磁阀2，104-半控整流电路模块冷媒散热走向，105-进口1，106-全控逆变电路模块冷媒散热走向，107-进口2，108-出口1，109-出口2)和图6(300-封板1，301-封板2，302半导体制冷片)，压缩机系统筒体上方设有流道1(即第一流道100)和流道2(即第二流道101)，流道1(100)用于为全控逆变电路中的IGBT(绝缘栅双极性晶体管)(400)专门散热，流道2(101)用于为半控整流电路中的晶闸管、二极管模块(401)专门散热，流道1、流道2上方设有封板1(即第一封板300)、封板2(即第二封板301)，封板1(300)、封板2(301)底面与流道1和流道2所设计的结构上边、面对齐；上述的IGBT、晶闸管、二极管模块排列安装在封板1和封板2的上表面设有的安装孔。

(6)参考图8(400-IGBT模块，401-晶闸管、二极管模块，403-驱动板)，上述IGBT(400)、晶闸管、二极管模块(401)内部设有NTC温度采样装置，且IGBT(400)数量为3个独立模块，与1个驱动板(403)形成1拖3方式电连接，上述NTC温度采样装置将信号反馈到变频器主控单元，变频器主控单元通过采取处理计算半控整流电路、全控逆变电路中的模块温度最高者，以及进口1(即第一流道的进口105)、进口2(即第二流道的进口107)、出口1(即第一流道的出口108)、出口2(即第二流道的出口109)温度，以判断是否超过所设温度保护阀值。

(7)进口1(105)、进口2(107)、出口1(108)、出口2(109)处均设有感温包，变频器主控单元通过上述方式实时检测各电路中模块以及感温包温度值，并通过单独控制电磁阀(即第一电磁阀102)、电磁阀(即第二电磁阀103)开度以调节冷媒管路流量大小，进而降低各电路模块温度。

(8)电磁阀(102)、电磁阀(103)根据上述方法分别调节流道1(100)和流道2(101)冷媒流量大小，冷媒流向示图如附图5。

(9)考虑运行最大制冷工况或者储存环境温度较低时，变频器系统会因为内部过冷而容易潮湿或者凝露现象，当变频器主控单元检测内部环境湿度到为某阀值时，变频器主控单元发出指令会向半导体制冷片(302，具体位置也可参考图7)供电，开启进行内部除湿。

本申请提供一种变频器与压缩机器件的电气控制方案，减少了器件电信号的转接及控制回路；变频器与压缩机采用集成一体化结构，减小了独立结构单元的体积；提供了一种变频器与压缩机一体化功率模块的冷却方案，提高了模块散热效率。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种传动系统，包括上述的集成式变频器。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种电器设备(如冰箱)，包括上述的传动系统。

可见，变频器及压缩机传动系统的高集成控制设计，使得变频器、压缩机控制信号转接少、体积小型化，且可靠性高。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上述实施例中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的客户端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种集成式变频器，其特征在于，包括一体化的变频器系统与压缩机系统，其中：

所述压缩机系统包括：压缩机和用于控制所述压缩机的压缩机主控单元；

所述变频器系统包括：变频器主控单元、滤波单元、滤波电路、开关电源、半控整流电路以及全控逆变电路；

所述滤波单元用于对输入电源进行滤波后，经过所述开关电源分别为所述变频器主控单元和所述压缩机主控单元供电；

所述半控整流电路用于将输入电源整流为直流电，所述滤波电路用于对直流电进行滤波，所述全控逆变电路用于将滤波后的直流电逆变为交流电，来为电机供电。

2.根据权利要求1所述的集成式变频器，其特征在于，所述变频器系统还包括：

继电器和用于控制所述继电器的继电器控制模块，所述继电器用于控制所述电机的运行状态。

3.根据权利要求1所述的集成式变频器，其特征在于，

在所述压缩机主控单元接收到启动运行的命令后，通过CAN总线通知所述变频器主控单元，向所述全控逆变电路内的绝缘栅双极性晶体管IGBT的控制极发出PWM脉冲宽度调制波，以控制所述全控逆变电路将直流电逆变为交流电；

在所述全控逆变电路将直流电逆变为交流电的过程中，所述变频器主控单元对所述全控逆变电路的输出进行电流采样。

4.根据权利要求1所述的集成式变频器，其特征在于，

所述压缩机的筒体上表面开设有安装孔，所述变频器系统和所述压缩机系统中的器件通过所述安装孔安装在所述筒体上表面；

所述变频器系统和所述压缩机系统中器件的控制电路集成在所述变频器主控单元中。

5.根据权利要求4所述的集成式变频器，其特征在于，

所述压缩机的筒体上表面开设有第一流道和第二流道，所述第一流道上方设有适配的第一封板，所述第二流道上方设有适配的第二封板，所述第一流道用于为安装在所述第一封板上的所述全控逆变电路中的绝缘栅双极性晶体管散热，所述第二流道用于为安装在所述第二封板上的所述半控整流电路中的晶闸管和二极管散热。

6.根据权利要求5所述的集成式变频器，其特征在于，

所述全控逆变电路和所述半控整流电路内部设有NTC温度采样装置，所述NTC温度采样装置用于将采样到的温度信号反馈给所述变频器主控单元；

所述第一流道的进口、所述第二流道的进口、所述第一流道的出口以及所述第二流道的出口均设有感温包，所述感温包用于将采样到的温度信号反馈给所述变频器主控单元。

7.根据权利要求6所述的集成式变频器，其特征在于，

所述变频器主控单元根据所述半控整流电路的温度、所述全控逆变电路的温度、所述第一流道的进口温度、所述第二流道的进口温度、所述第一流道的出口温度以及所述第二流道的出口温度，判断是否超过所设的温度保护阀值。

8.根据权利要求7所述的集成式变频器，其特征在于，

所述变频器系统还包括：用于控制所述第一流道中冷媒流量大小的第一电磁阀，用于控制所述第二流道中冷媒流量大小的第二电磁阀；

所述变频器主控单元用于通过调节所述第一电磁阀的开度来降低所述全控逆变电路的温度，通过调节所述第二电磁阀的开度来降低所述半控整流电路的温度。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的集成式变频器，其特征在于，

当所述变频器主控单元检测到内部环境的湿度低于预设湿度阀值时，所述变频器主控单元控制半导体制冷片启动，以进行内部除湿。

10.一种传动系统，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的集成式变频器。

11.一种电器设备，其特征在于，包括权利要求10所述的传动系统。