CN1788411A - 逆变器电路和压缩机 - Google Patents

Abstract

一种逆变器电路，包括温度测量部(106)，用于测量构成供电部(104)的开关元件(111－116)的温度；电动机转速检测器(107)，用于检测电动机(110)的转速；载波频率确定器(108)，用于根据开关元件(111－116)的温度和电动机(110)的转速来确定载波频率；以及输出波形确定电路(109)，用于根据施加到电动机上的负载来确定占空比并转换载波频率。

Description

逆变器电路和压缩机

技术领域

本发明涉及一种驱动电动机的逆变器电路，该电动机具有由PWM控制所控制的开关元件，该逆变器电路适于驱动在冰箱中使用的封闭式压缩机。

背景技术

图12示出了常规的逆变器电路的第一个范例。日本专利公开第H09-140155号中公开了这一范例。晶体管模块(TRM)3根据控制器1提供的PWM信号2驱动电动机4。温度传感器5临近TRM 3设置。

如图13中所示，控制器1内的微处理器6接收来自温度传感器5的数据，并控制TRM 3以防止热击穿。

图14图解说明了对TRM 3的控制。

步骤10001：开始

步骤10002：当温度传感器5检测到的温升速率(每单位时间内的温升；℃/秒)过过规定值时，降低载波频率，从而降低TRM 3的切换损耗以抑制TRM 3的温升。当温升速率降低到不高于规定值时，恢复载波频率。

步骤10003：如果虽已降低载波频率，但是温升速率仍未降低到不高于规定值时，则将电动机4的工作频率降低，以使TRM 3的温升得到抑制。

图15示出了常规的逆变器电路的第二个范例，在日本专利公开第H05-227793号中公开了这一范例。PWM控制电路12比较由载波发生器11产生的载波信号CA与控制信号。根据比较的结果对开关元件15进行PWM控制，从而驱动电动机13。

由于为了降低磁噪音而以较高载波频率驱动，会增加由开关元件15产生的热量，所以需要恰当地选择载波频率，以使开关元件15的温度可以控制在额定值内。除此之外，施加于驱动电动机13的负载通过由PWM控制电路12提供的电流进行监控，并且当过载检测器14检测到过载时，载波频率降低。换言之，如图16中所示，比较器16比较表示负载状态的信号DE与参考信号S00，当比较结果显示DE＞S00时，确定为电动机过载，并将开关SW接通。由减法器AD1提供的信号DE与参考信号S00之间的差值，通过开关SW输入滤波器17。滤波器17的时间常数T1设置为T1＞T2。T2是驱动电动机13的加速或减速时间。加减器AD2得出滤波器17的输出S1与表示额定负载状态的预先设定值S01之间的差值S2。载波频率根据差值S2而降低。

然而，在第一常规范例中，由于逆变器电路检测开关元件的温升速率，所以即使温升速率很低，长时间持续的驱动有时也会使开关元件过热。在第二常规范例中，由于只对施加到电动机上的负载进行监测，所以如果开关元件周围的温度很高，那么尽管电动机没有过载，开关元件有时也会产生过热现象。

发明内容

本发明的逆变器电路包括以下部件：

温度测量部，用于测量开关元件的温度，其中开关元件构成供电部的一部分；

电动机转速检测器，用于检测电动机的转速；

输出波形确定电路，用于根据施加到电动机上的负载来确定占空比(duty)，并转换载波频率；以及

载波频率确定器，用于将载波频率输出给输出波形确定电路，其中载波频率是根据多种控制参数而确定的，例如，由温度测量部测量到的开关元件的温度，以及由电动机转速检测器检测到的电动机转速。

对开关元件的温度和电动机转速均进行监测，将防止开关元件由于过热而损坏，而与电动机的负载状态无关。

附图说明

图1示出了根据本发明的第一示例性实施例的逆变器电路的框图。

图2示出了图1中所示的逆变器电路的操作流程图。

图3示出了图1中所示的逆变器电路的载波频率的列表。

图4示出了根据本发明的第二示例性实施例的逆变器电路的框图。

图5示出了图4中所示的逆变器电路的操作流程图。

图6示出了图4中所示的逆变器电路的载波频率的列表。

图7示出了根据本发明的第三示例性实施例的逆变器电路的框图。

图8示出了图7中所示的逆变器电路的操作流程图。

图9示出了图7中所示的逆变器电路的载波频率的列表。

图10示出了图7中所示的逆变器电路的载波频率的另一个列表。

图11示出了根据本发明的第四示例性实施例的驱动压缩机的方法的框图。

图12示出了常规逆变器的电路图。

图13示出了图12中所示的逆变器电路中设置的温度传感器的电路图。

图14示出了图12中所示的逆变器电路的保护操作的流程图。

图15示出了另一种常规逆变器的电路图。

图16示出了图15中所示的逆变器电路的过载检测器的电路图。

具体实施方式

以下参考附图对本发明的示例性实施例进行说明。无需声明，本发明并不局限于那些实施例。

示例性实施例1

图1示出了根据本发明的第一示例性实施例的逆变器电路的框图。图2示出了逆变器电路的操作流程图。图3示出了根据开关元件的温度和电动机转速的逆变器电路的载波频率的列表。

在图1中，逆变器电路102包括以下部件：

交直流变流器103，用于将商用电源101的交流电压转换为直流电压；

供电部104，用于驱动电动机110；以及

控制电路119，用于控制供电部。

供电部104由六支IGBT(绝缘栅双极晶体管)开关元件111、112、113、114、115和116构成。

控制电路119由驱动电路105、温度测量部106、电动机转速检测器107、载波频率确定器108、输出波形确定电路109、换向电路117以及位置检测电路118构成。

位置检测电路118通过使用电动机110的反电动势检测转子位置，因此产生一个位置检测信号。换向电路117产生换向脉冲，根据位置检测电路118的输出转换开关元件的方向。电动机转速检测器107计数在给定期间内由位置检测电路118提供的位置检测信号的数目，或者测量位置检测信号的脉冲间隔，从而检测电动机110的转速。温度测量部106使用温度传感器，例如热敏电阻测量开关元件的温度。温度传感器可直接安装到开关元件上，或者安装到安装开关元件的电路板上，或者布置在电路周围的空间中，间接地测量开关元件的温度。

载波频率确定器108利用图3中所示的表格，根据开关元件的温度与电动机110的转速来确定载波频率，然后将所确定的载波频率输出给输出波形确定电路109。电路109随后输出占空比的增量或减量，以使目标电动机转速能够与电动机转速检测器107所检测到的实际电动机转速相一致。电路109还可以将载波频率转换为由载波频率确定器108提供的频率。驱动电路105合成由换向电路117提供的换向脉冲和由输出波形确定电路109提供的斩波信号，从而接通/断开开关元件。

下面说明上述逆变器电路的操作和作用。

商用电源101提供的交流电压由交直流变流器103转换为直流电压，然后由驱动电路105提供的信号操作供电部104的六支开关元件111-116，且电动机110由从直流电压转换的三相交流电压驱动。载波频率的脉冲波形电压施加于电动机110。由于电动机电流包括谐波含量，电动机110产生磁噪声，当载波频率处于可听范围内时这些磁噪声可成为听得见的噪音；然而，这些噪音在较高载波频率时减小。另一方面，较高的载波频率增加切换频率，因此增加切换损失。所以，开关元件很可能会产生过热现象。因此有必要恰当地选择载波频率。

在此第一实施例中，如图2所示，载波频率确定器108依照给定的表格，并根据测量部106测量的开关元件的温度t1以及电动机转速检测器107检测的电动机转速r1，确定载波频率。所确定的载波频率由载波频率确定器108提供给输出波形确定电路109，电路109随后将目前的载波频率转换为由载波频率确定器108所提供的频率。驱动电路105使用现有的转换了载波频率的驱动信号操作开关元件，从而驱动电动机110。

图3示出了根据开关元件的温度和电动机110的转速而预先确定的载波频率的列表。为了降低磁噪声，将载波频率设置在尽可能高的水平。另一方面，为了防止开关元件过热，在开关元件的温度升高时将载波频率设置在较低水平上。电动机110的转速越高，通过开关元件的电流越大，从而开关元件产生的热量越多。因此，在电动机以较高转速运转时，将载波频率设置在较低水平上。

如上所述，根据开关元件的温度和电动机转速，以尽可能最高的载波频率驱动电动机，从而降低电动机的磁噪声。除此条件之外，监测开关元件的温度和电动机转速，可以控制载波频率，从而防止开关元件的过热现象。

示例性实施例2：

图4示出了根据本发明的第二示例性实施例的逆变器电路的框图。图5示出了逆变器电路的操作流程图。图6示出了根据开关元件的温度和占空比的载波频率的列表。与第一实施例中相同的元件具有相同的附图标记，且对其在此不再赘述。

在图4中，逆变器电路202包括以下部件：

交直流变流器103，用于将商用电源101的交流电压转换为直流电压；

供电部104，用于驱动电动机110；以及

控制电路219，用于控制供电部。

控制电路219由驱动电路105、温度测量部106、电动机转速检测器207、载波频率确定器208、输出波形确定电路209、换向电路117以及位置检测电路118构成。

电动机转速检测器207计数在给定期间内由位置检测电路118提供的位置检测信号的数目，或者测量位置检测信号的脉冲间隔，从而检测电动机110的转速。载波频率确定器208利用图6中所示的表格，根据由温度测量部106所测量到的六支开关元件111-116的温度以及由输出波形确定电路209得到的占空比，来确定载波频率。输出波形确定电路209随后输出占空比的增量或减量，以使目标电动机转速能够与由电动机转速检测器207检测到的实际电动机转速相一致，并将实际占空比输出给载波频率确定器208。电路209还可以将载波频率转换为由载波频率确定器208提供的频率。

接下来说明上述逆变器电路的操作和作用。

由商用电源101提供的交流电压通过交直流变流器103转换为直流电压，然后由驱动电路105提供的信号操作供电部104的六支开关元件111-116，且由直流电压转换的三相交流电压驱动电动机110。

载波频率的脉冲波形电压施加于电动机110。由于电动机电流包括谐波含量，电动机110产生磁噪声，当载波频率处于可听范围内时这些磁噪声可成为听得见的噪音；然而，这些噪音在较高载波频率时减小。另一方面，较高的载波频率增加切换频率，因此增加切换损失。所以，开关元件很可能会产生过热现象。因此有必要恰当地选择载波频率。

在此第二实施例中，如图5所示，载波频率确定器208依照给定的表格，并根据测量部106所测量的开关元件的温度t2以及输出波形确定电路209所提供的占空比d2，确定载波频率。所确定的载波频率由载波频率确定器208提供给输出波形确定电路209，电路209随后将目前的载波频率转换为由载波频率确定器208所提供的频率。驱动电路105使用现有的转换了载波频率的驱动信号操作开关元件，从而驱动电动机110。

图6示出了根据开关元件的温度和占空比而预先确定的载波频率的列表。为了降低磁噪声，将载波频率设置在尽可能高的水平上。另一方面，为了防止开关元件过热，在开关元件的温度升高时将载波频率设置在较低的水平上。在开关元件的温度相同时，开关元件的占空比越高，因为更长的“接通”时间，所以通过开关元件的电流越大，从而开关元件产生的热量越多。因此，在占空比开始增加时，将载波频率设置在较低的水平上。

如上所述，根据开关元件的温度和占空比，以尽可能最高的载波频率驱动电动机，从而降低电动机的磁噪声。除此条件之外，监测开关元件的温度和占空比，可以控制载波频率，从而防止开关元件的过热现象。

示例性实施例3：

图7示出了根据本发明的第三示例性实施例的逆变器电路的框图。图8示出了逆变器电路的操作流程图。图9示出了开关元件的温度在t4至t5之间变化时电动机的转速以及开关元件的占空比所对应的载波频率的列表。图10示出了开关元件的温度在t6至t7之间变化时电动机的转速以及开关元件的占空比所对应的载波频率的列表。与第一实施例中相似的元件具有相同的附图标记，且对其在此不再赘述。

在图7中，逆变器电路302包括以下部件：

交直流变流器103，用于将商用电源101的交流电压转换为直流电压；

供电部104，用于驱动电动机110；以及

控制电路319，用于控制供电部。

控制电路319由驱动电路105、温度测量部306、电动机转速检测器107、输出波形确定电路309、换向电路117、位置检测电路118、载波频率确定器308以及表格确定器320构成。

温度测量部306使用温度传感器，例如热敏电阻测量供电部104的六支开关元件111-116的温度。输出波形确定电路309输出占空比的增量或减量，从而使目标电动机转速能够与电动机转速检测器107所检测到的实际电动机转速相一致，并将实际占空比输出给载波频率确定器308。输出波形确定电路309还可以将载波频率转换为由载波频率确定器308所提供的频率。

如图8中所示，根据温度测量部306所测量到的开关元件的温度t3，表格确定器320从图9和图10中所示的、列有给定载波频率的表格中确定应该使用哪个表格。使用由表格确定器320所确定的表格，载波频率确定器308根据由输出波形确定电路309提供的占空比d3和由电动机转速检测器107所检测到的电动机转速r3来确定载波频率。

接下来说明上述逆变器电路的操作和作用。

由商用电源101提供的交流电压通过交直流变流器103转换为直流电压，然后由驱动电路105提供的信号操作供电部104的六支开关元件111-116，且由直流电压转换的三相交流电压驱动电动机110。

图9示出了开关元件的温度在t4至t5之间变化时电动机的转速以及开关元件的占空比所对应的载波频率的列表。图10示出了开关元件的温度在t6至t7之间变化时电动机转速以及开关元件的占空比所对应的载波频率的列表。根据开关元件的温度、占空比以及电动机的转速来设置最佳的载波频率。

在上述讨论中，满足了t4＜t5＜t6＜t7的条件。当开关元件的温度从t4到t5变化时，表格确定器320确定使用图9中的表格，而当开关元件的温度从t6到t7变化时，表格确定器320确定使用图10中的表格。载波频率确定器308根据图9或图10中所示的表格确定载波频率，然后将所确定的载波频率输出给输出波形确定电路309，电路309随后将目前的载波频率转换为由载波频率确定器308提供的频率。驱动电路105使用现有的转换了载波频率的驱动信号操作开关元件，从而驱动电动机110。载波频率的脉冲波形电压施加于电动机110。由于电动机电流包括谐波含量，电动机110产生磁噪声。然而，通过提高载波频率可减小这些噪声。另一方面，较高的载波频率增加切换频率，因此增加了切换损失。所以，开关元件很可能会产生过热现象。因此有必要恰当地选择载波频率。

在图9和图10所示的表格中，为了降低磁噪声，将载波频率设置在尽可能最高的水平。而另一方面，为了防止开关元件过热，在电动机110以较高转速运转时，将载波频率设置在较低水平上。在电动机110的转速相同时，开关元件的占空比越高，因为更长的“接通”时间，所以通过开关元件的电流越大。因此，为了防止开关元件过热，在电动机以相同转速运转的情况下，在占空比开始增加时，将载波频率设置在较低的水平上。

将图9与图10相比较可以看出，图10中的表格涵盖了开关元件的较高温度，制定的载波频率总体上处于较低水平。由于图10中的表格涵盖了开关元件的较高温度，所以开关元件具有与临界温度的较小容差，以使载波频率设置在较低的水平，以便抑制开关元件的温升。

综上所述，根据开关元件的温度和占空比，以尽可能最高的载波频率驱动电动机，从而减少电动机的磁噪声。除此条件之外，监测开关元件的温度和占空比，可以控制载波频率，从而防止开关元件的过热现象。此外，由于需要设置三个参数，即开关元件的温度、电动机的转速以及占空比，以确定载波频率，所以可以根据开关元件的温度和电动机的负载状态来选择尽可能最高的频率。

如果为了减小噪声而提高载波频率，设想存在两种情况，例如，开关元件处于50℃和60℃，则开关元件处于50℃时比处于60℃时具有与临界温度的更大的容差，因此可以使用较高的载波频率。然而，在60℃时，将电动机的转速提高而占空比减小，从而抑制开关元件的热量产生，因此可以较高的载波频率驱动电动机。综上所述，当开关元件处于高温时，可以根据开关元件的相应温度而转换使用相应的载波频率表格，从而可通过控制电动机的速度和占空比而使用较高的载波频率，以便能够减少噪声。

示例性实施例4：

图11示出了根据本发明的第四示例性实施例的驱动压缩机的方法的框图。在图11中，逆变器电路是在第一、第二、或第三实施例中所使用的、连接到商用电源101上用于驱动压缩机410的逆变器电路。

压缩机410包括封闭容器421、由设置在封闭容器421内的定子和转子构成的电动机部件422、以及设置在封闭容器421内的压缩机部件423。这种结构可以防止开关元件过热，并可根据开关元件的温度和施加在电动机上的负载来选择尽可能最高的载波频率。因此可以预期这种压缩机是可靠且产生较低噪声的。

工业实用性

本发明的逆变器电路和压缩机可以防止开关元件过热，所以该电路有助于压缩机的驱动器，特别地，有助于在冰箱中使用的电动封闭式压缩机的驱动器。

Claims (5)

1.一种逆变器电路，包括：

温度测量部，用于测量构成供电部的开关元件的温度；

电动机转速检测器，用于检测电动机的转速；

输出波形确定电路，用于根据施加到电动机上的负载来确定占空比，并转换载波频率；以及

载波频率确定器，用于将根据各种不同的控制参数确定的载波频率输出给输出波形确定电路。

2.如权利要求1所述的逆变器电路，其中所述载波频率确定器将根据温度测量部测量的开关元件的温度和电动机转速检测器检测的电动机转速所确定的载波频率，输出给输出波形确定电路。

3.如权利要求1所述的逆变器电路，其中所述载波频率确定器将根据温度测量部测量的开关元件的温度和开关元件的占空比所确定的载波频率，输出给输出波形确定电路。

4.如权利要求1所述的逆变器电路，其中所述载波频率确定器将根据温度测量部测量的开关元件的温度、电动机转速检测器检测的电动机转速以及开关元件的占空比所确定的载波频率，输出给输出波形确定电路。

5.一种压缩机，包括如权利要求1至权利要求4中的任一项所述的逆变器电路。

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