CN214755854U - 一种大冷量磁悬浮压缩机的电气控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种大冷量磁悬浮压缩机的电气控制系统，包括磁悬浮系统控制柜、UPS、电机定子、电机转子、电机侧悬浮系统、叶轮侧悬浮系统和推力侧悬浮系统，所述UPS、电机侧悬浮系统、叶轮侧悬浮系统和推力侧悬浮系统均与磁悬浮系统控制柜电气连接；通过加入UPS，避免用户系统突然断电后由于转子高速旋转与辅助轴承碰撞的问题；并且对叶轮侧悬浮系统、电机侧悬浮系统和推力侧悬浮系统的结构进行设计，使压缩机在运行过程中电机转子一直保持在悬浮状态，省去了转子与轴承摩擦产生的额外的热量，降低了电能的损耗，延长压缩机的使用寿命，提高了中央空调的制冷效率，实现节能。

Description

一种大冷量磁悬浮压缩机的电气控制系统

技术领域

本实用新型涉及磁悬浮控制系统，尤其涉及到中央空调行业使用的一种磁悬浮离心式压缩机的电气控制系统。

背景技术

离心式中央空调为楼宇或工业系统中的耗电大户，常规中央空调采用油润滑轴承离心压缩机系统，压缩机电机在旋转过程中，转子与轴承的摩擦会产生大量的热量，造成额外的能量损失，进而导致中央空调的制冷效率较低。如何提高中央空调的制冷效率，降低电能的损耗，更大程度的节约能源，成为本行业技术人员亟待解决的问题。

对于磁悬浮压缩机，当制冷量较大时，需要相应较大功率的电机实现更大的冷媒压缩量，转子质量较大且旋转过程中不稳定，相应的转子磁悬浮在技术上更难实现。目前市场上单磁悬浮压缩机机组制冷量普遍较小，基本在500RT以下；对于大冷量机组，普遍使用多压缩机并联的方案进行提高机组制冷量，同制冷量的多压缩机系统机组使用的原材料及成本相对单压缩机系统机组高很多。

对于磁悬浮压缩机，电磁轴承的悬浮必须依靠电力的供应才能保证转子的正常悬浮。当用户系统突然断电或系统发生异常突然断电时，轴承系统若无法继续供电，将会导致转子在高速运转中无法控制，直接与辅助轴承系统剧烈碰撞、摩擦，导致压缩机系统的损坏。目前市场上磁悬浮压缩机大都采用电容蓄电，用户系统断电后可以保持几秒内转子的正常控制，短时间的轴承系统供电后，可能导致转子与辅助轴承系统的碰撞，降低压缩机的正常使用寿命。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对常规油润滑的压缩机运行中产生大量热量造成机组的制冷效率低的问题提出的使用电磁对转子进行悬浮的压缩机控制系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种大冷量磁悬浮压缩机的电气控制系统，包括磁悬浮系统控制柜、电机定子、电机转子、电机侧悬浮系统、叶轮侧悬浮系统和推力侧悬浮系统，还包括UPS，所述UPS、电机侧悬浮系统、叶轮侧悬浮系统和推力侧悬浮系统均与磁悬浮系统控制柜电气连接；

所述电机侧悬浮系统包括电机侧间隙传感器组、电机侧电磁轴承组和电机侧电磁轴承温度传感器，所述叶轮侧悬浮系统包括叶轮侧间隙传感器组、叶轮侧电磁轴承组和叶轮侧电磁轴承温度传感器，所述推力侧悬浮系统包括推力侧间隙传感器组、推力侧电磁轴承组和推力侧电磁轴承温度传感器。

进一步的，所述电机侧间隙传感器组包括电机侧1#间隙传感器、电机侧2#间隙传感器、电机侧3#间隙传感器和电机侧4#间隙传感器；电机侧电磁轴承组包括电机侧辅助轴承、电机侧1#电磁轴承线圈、电机侧2#电磁轴承线圈、电机侧3#电磁轴承线圈和电机侧4#电磁轴承线圈；电机侧辅助轴承设置在电机侧的电机转子外侧，电机侧的电机定子的内侧壁上沿其圆周方向均匀设置有四对指向电机转子轴心的凸起，电机侧1#电磁轴承线圈、电机侧2#电磁轴承线圈、电机侧3#电磁轴承线圈和电机侧4#电磁轴承线圈分别对应侧缠绕在四对凸起上；电机侧1#间隙传感器、电机侧2#间隙传感器、电机侧3#间隙传感器和电机侧4#间隙传感器沿电机侧的电机转子的周向均匀布设，以监测电机转子在径向的位置，通过电机侧电机转子在径向的实时位置，改变四个电机电磁轴承线圈的电流进而改变电磁轴承对转子的磁力，使电机转子始终保持在中心位置。

进一步的，所述叶轮侧间隙传感器组包括叶轮侧1#间隙传感器、叶轮侧2#间隙传感器、叶轮侧3#间隙传感器和叶轮侧4#间隙传感器，所述叶轮侧电磁轴承组包括叶轮侧辅助轴承、叶轮侧1#电磁轴承线圈、叶轮侧2#电磁轴承线圈、叶轮侧3#电磁轴承线圈和叶轮侧4#电磁轴承线圈；叶轮侧辅助轴承设置在叶轮侧的电机转子外侧，叶轮侧的电机定子的内侧壁上沿其圆周方向均匀设置有四对指向电机转子轴心的凸起，叶轮侧1#电磁轴承线圈、叶轮侧2# 电磁轴承线圈、叶轮侧3#电磁轴承线圈和叶轮侧4#电磁轴承线圈分别对应侧缠绕在四对凸起上，叶轮侧1#间隙传感器、叶轮侧2#间隙传感器、叶轮侧3#间隙传感器和叶轮侧4#间隙传感器沿叶轮侧的电机转子的周向均匀布设，以监测叶轮侧的电机转子在径向的位置，通过叶轮侧转子在径向的实时位置，改变四个叶轮电磁轴承线圈的电流进而改变电磁轴承对转子的磁力，使电机转子始终保持在中心位置。

进一步的，所述推力侧间隙传感器组包括推力侧1#间隙传感器，推力侧电磁轴承组包括推力侧辅助轴承、推力侧1#电磁轴承线圈和推力侧2#电磁轴承线圈，推力侧1#电磁轴承线圈和推力侧2#电磁轴承线圈设置在推力侧辅助轴承的外侧，推力侧1#间隙传感器设置在推力侧1#电磁轴承线圈的一侧，监测电机转子在轴向的位置，通过推力方向电机转子的实时位置，改变推力侧1#电磁轴承线圈和推力侧2#电磁轴承线圈的电流进而改变推力侧辅助轴承对电机转子的磁力，使转子始终保持在中心位置。

进一步的，所述的温度传感器为NTC型温度传感器，各温度传感器内埋在电磁轴承线圈内进行实时监测电磁轴承的温度。

进一步的，所述电机侧间隙传感器组、叶轮侧间隙传感器组和推力侧间隙传感器组均采用NTC型温度传感器，各温度传感器埋在电磁轴承线圈内进行实时监测对应轴承的温度。

进一步的，所述电机侧辅助轴承、叶轮侧辅助轴承和推力侧辅助轴承均采用球轴承类型。

与现有技术相比，本方案的优点和积极效果在于：

本方案所提出的大冷量磁悬浮压缩机的电气控制系统，加入UPS，避免用户系统突然断电后由于供电时间较短导致转子未完全停止后转子与辅助轴承碰撞的问题，可实现用户系统突然断电后，持续稳定且长时间给电磁轴承系统供电，待转子停止且稳定后再自动关闭电源，避免转子与辅助轴承的碰撞，延长压缩机的使用寿命；并且对叶轮侧悬浮系统、电机侧悬浮系统和推力侧悬浮系统的结构进行设计，使压缩机在运行过程中使转子一直保持在悬浮状态，省去了转子与轴承摩擦产生的额外的热量，降低了电能的损耗，提高了中央空调的制冷效率，实现节能。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述电气控制系统原理结构示意图；

图2为本实用新型实施例电机侧悬浮系统示意图；

图3为本实用新型实施例叶轮侧悬浮系统示意图；

图4为本实用新型实施例推力侧悬浮系统示意图；

图5为本实用新型实施例所述电气控制系统安装位置结构示意图；

1、UPS；2、磁悬浮系统控制柜；3、电机侧间隙传感器组；4、电机侧电磁轴承组；5、叶轮侧间隙传感器组；6、叶轮侧电磁轴承组；7、推力侧间隙传感器组；8、推力侧电磁轴承组；9、电机侧辅助轴承；10、电机定子；11、电机转子；12、电机侧1#间隙传感器；13、电机侧2#间隙传感器；14、电机侧3#间隙传感器；15、电机侧4#间隙传感器；16、电机侧 1#电磁轴承线圈；17、电机侧2#电磁轴承线圈；18、电机侧3#电磁轴承线圈；19、电机侧 4#电磁轴承线圈；20、叶轮侧辅助轴承；21、叶轮侧1#间隙传感器；22、叶轮侧2#间隙传感器；23、叶轮侧3#间隙传感器；24、叶轮侧4#间隙传感器；25、叶轮侧1#电磁轴承线圈； 26、叶轮侧2#电磁轴承线圈；27、叶轮侧3#电磁轴承线圈；28、叶轮侧4#电磁轴承线圈； 29、推力侧辅助轴承；30、推力侧1#间隙传感器；31、推力侧1#电磁轴承线圈；32推力侧 2#电磁轴承线圈；33、电机侧电磁轴承温度传感器；34、叶轮侧电磁轴承温度传感器；35、推力侧电磁轴承温度传感器；36、叶轮；A、电机侧悬浮系统；B、叶轮侧悬浮系统；C、推力侧悬浮系统。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参考图1和图5，一种大冷量磁悬浮压缩机的电气控制系统，包括磁悬浮系统控制柜2、电机定子10、电机转子11、电机侧悬浮系统A、叶轮侧悬浮系统B和推力侧悬浮系统C，其特征在于，还包括UPS1，所述UPS1、电机侧悬浮系统、叶轮侧悬浮系统和推力侧悬浮系统均与磁悬浮系统控制柜2电气连接，所述电机侧悬浮系统包括电机侧间隙传感器组3、电机侧电磁轴承组4和电机侧电磁轴承温度传感器33，所述叶轮侧悬浮系统包括叶轮侧间隙传感器组5、叶轮侧电磁轴承组6和叶轮侧电磁轴承温度传感器34，所述推力侧悬浮系统包括推力侧间隙传感器组7、推力侧电磁轴承组8和推力侧电磁轴承温度传感器35。

所述电机侧间隙传感器组3包括电机侧1#间隙传感器12、电机侧2#间隙传感器13、电机侧3#间隙传感器14和电机侧4#间隙传感器15；电机侧电磁轴承组4包括电机侧辅助轴承 9、电机侧1#电磁轴承线圈16、电机侧2#电磁轴承线圈17、电机侧3#电磁轴承线圈18和电机侧4#电磁轴承线圈19；电机侧辅助轴承9设置在电机侧的电机转子11外侧，电机侧的电机定子10的内侧壁上沿其圆周方向均匀设置有四对指向电机转子轴心的凸起，电机侧1#电磁轴承线圈16、电机侧2#电磁轴承线圈17、电机侧3#电磁轴承线圈18和电机侧4#电磁轴承线圈19分别对应侧缠绕在四对凸起上；电机侧1#间隙传感器12、电机侧2#间隙传感器13、电机侧3#间隙传感器14和电机侧4#间隙传感器15沿电机侧的电机转子11的周向均匀布设，以监测电机转子11在径向的位置，通过电机侧电机转子在径向的实时位置，改变四个电机电磁轴承线圈的电流进而改变电磁轴承对转子的磁力，使电机转子11始终保持在中心位置。

所述叶轮侧间隙传感器组5包括叶轮侧1#间隙传感器21、叶轮侧2#间隙传感器22、叶轮侧3#间隙传感器23和叶轮侧4#间隙传感器24，所述叶轮侧电磁轴承组6包括叶轮侧辅助轴承20、叶轮侧1#电磁轴承线圈25、叶轮侧2#电磁轴承线圈26、叶轮侧3#电磁轴承线圈27和叶轮侧4#电磁轴承线圈28；叶轮侧辅助轴承20设置在叶轮侧的电机转子11外侧，叶轮侧的电机定子10的内侧壁上沿其圆周方向均匀设置有四对指向电机转子轴心的凸起，叶轮侧1#电磁轴承线圈25、叶轮侧2#电磁轴承线圈26、叶轮侧3#电磁轴承线圈27和叶轮侧4# 电磁轴承线圈28分别对应侧缠绕在四对凸起上，叶轮侧1#间隙传感器21、叶轮侧2#间隙传感器22、叶轮侧3#间隙传感器23和叶轮侧4#间隙传感器24沿电机侧的电机转子11的周向均匀布设，以监测叶轮侧的电机转子在径向的位置，通过叶轮侧转子在径向的实时位置，改变四个叶轮电磁轴承线圈的电流进而改变电磁轴承对转子的磁力，使电机转子始终保持在中心位置。

所述推力侧间隙传感器组7包括推力侧1#间隙传感器30，推力侧电磁轴承组8包括推力侧辅助轴承29、推力侧1#电磁轴承线圈31和推力侧2#电磁轴承线圈32，推力侧1#电磁轴承线圈31和推力侧2#电磁轴承线圈32设置在推力侧辅助轴承29的外侧，推力侧1#间隙传感器30设置在推力侧1#电磁轴承线圈31的一侧，监测电机转子在轴向的位置，通过推力方向电机转子的实时位置，改变推力侧1#电磁轴承线圈31和推力侧2#电磁轴承线圈32的电流进而改变推力侧辅助轴承29对电机转子的磁力，使转子始终保持在中心位置。

其中，本实施例中所有的温度传感器采用NTC型温度传感器，各温度传感器埋在电磁轴承线圈内进行实时监测对应轴承的温度，其中，电机侧辅助轴承9、叶轮侧辅助轴承20和推力侧辅助轴承29均为球轴承类型，本方案中的电机为三相异步直驱变频电机，最大功率为 775KW，可以满足1100RT机组的制冷量要求。

本实施例中所述UPS1为在线式类型(ON-LINE UPS)，且为压缩机外置的UPS，容量为 3KVA；当用户系统突然断电时，UPS1可以实现0ms切换到电池供电，可以持续稳定供电3～5 分钟后自动关机，进而保证电磁悬浮系统的正常稳定控制；当电机转子11停止旋转且稳定后， UPS1会根据控制信号自动关机。当用户系统恢复供电时，UPS1可以自动开机。

另外，所述磁悬浮系统控制柜2内设置有主控制器以及与主控制器相连的整流板、电机电磁轴承驱动电源板、叶轮电磁轴承驱动电源板、推力电磁轴承驱动电源板和五个开关电源，整流板用以将220VAC转变为310VAC；电机电磁轴承驱动电源板用以为电机侧1#电磁轴承线圈16、电机侧2#电磁轴承线圈17、电机侧3#电磁轴承线圈18、电机侧4#电磁轴承线圈 19供电；叶轮电磁轴承驱动电源板用以为叶轮侧1#电磁轴承线圈25、叶轮侧2#电磁轴承线圈26、叶轮侧4#电磁轴承线圈27、叶轮侧4#电磁轴承线圈28供电；推力电磁轴承驱动电源板用以为推力侧1#电磁轴承线圈31、推力侧2#电磁轴承线圈32供电；五个开关电源分别为明纬HDR-60-15、明纬HDR-30-15、明纬HDR-30-15、明纬HDR-15-15、明纬HDR-15-15，为各控制器提供控制电源；主控制器采用三个CPU芯片，型号为：TI-F28M35H22C1，实现控制系统的数据及逻辑运算。

本实施例所述的电机侧悬浮系统，电机侧的电机转子11在径向的二维坐标系统中，由电机侧1#间隙传感器12、电机侧2#间隙传感器13、电机侧3#间隙传感器14、电机侧4#间隙传感器15四个传感器共同检测电机转子在电机侧径向二维坐标中的实时位置，通过改变电机侧1#电磁轴承线圈16、电机侧2#电磁轴承线圈17、电机侧3#电磁轴承线圈18、电机侧4# 电磁轴承线圈19四个电磁轴承线圈的电流进而改变电磁轴承对电机转子11的磁力，使电机转子11始终悬浮在电机侧辅助轴承9的中心位置。通过电机侧电磁轴承温度传感器33实时检测电机侧电磁轴承的温度，实现对叶轮电磁轴承的温度保护，当温度过高时采取报警停机保护措施。

所述的叶轮侧悬浮系统，叶轮侧的电机转子11在径向的二维坐标系统中，由叶轮侧1# 间隙传感器21、叶轮侧2#间隙传感器22、叶轮侧3#间隙传感器23、叶轮侧4#间隙传感器 24四个传感器共同检测转子在叶轮侧径向二维坐标中的实时位置，通过改变叶轮侧1#电磁轴承线圈25、叶轮侧2#电磁轴承线圈26、叶轮侧3#电磁轴承线圈27、叶轮侧4#电磁轴承线圈 28四个电磁轴承线圈的电流进而改变电磁轴承对电机转子11的磁力，使电机转子11始终悬浮在叶轮辅助轴承20的中心位置，通过叶轮侧电磁轴承温度传感器34实时检测叶轮侧电磁轴承的温度，实现对叶轮侧电磁轴承的温度保护，当温度过高时采取报警停机保护措施。

所述的推力侧悬浮系统(T系统)，推力侧的电机转子11在轴向的一维坐标系统中，由推力侧间隙传感器30一个传感器检测转子在推力侧一维坐标中的实时位置，通过改变推力侧 1#电磁轴承线圈31、推力侧2#电磁轴承线圈32、两个电磁轴承线圈的电流进而改变电磁轴承对电机转子11的磁力，使电机转子11始终悬浮在推力侧辅助轴承29的中心位置。通过推力侧电磁轴承温度传感器35实时检测推力侧电磁轴承的温度，实现对推力侧电磁轴承的温度保护，当温度过高时采取报警停机保护措施。

本实用新型提供的磁悬浮控制系统，实现了压缩机转子的电磁悬浮，省去了常规供油压缩机在运行中转子与轴承摩擦产生的热量，提高了机组的运行效率，实现节能；通过相应的控制方法和稳定可靠的电磁轴承硬件结构，可以控制最大775KW电机，实现了单磁悬浮压缩机机组制冷量最大为1100RT，很大程度上降低机组的原材料使用量和成本，实现当用户系统突然断电时对磁悬浮系统的可靠保护。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种大冷量磁悬浮压缩机的电气控制系统，包括磁悬浮系统控制柜(2)、电机定子(10)、电机转子(11)、电机侧悬浮系统、叶轮侧悬浮系统和推力侧悬浮系统，其特征在于，还包括UPS(1)，所述UPS(1)、电机侧悬浮系统、叶轮侧悬浮系统和推力侧悬浮系统均与磁悬浮系统控制柜(2)电气连接；

所述电机侧悬浮系统包括电机侧间隙传感器组(3)、电机侧电磁轴承组(4)和电机侧电磁轴承温度传感器(33)，所述叶轮侧悬浮系统包括叶轮侧间隙传感器组(5)、叶轮侧电磁轴承组(6)和叶轮侧电磁轴承温度传感器(34)，所述推力侧悬浮系统包括推力侧间隙传感器组(7)、推力侧电磁轴承组(8)和推力侧电磁轴承温度传感器(35)。

2.根据权利要求1所述的大冷量磁悬浮压缩机的电气控制系统，其特征在于：所述电机侧间隙传感器组(3)包括电机侧1#间隙传感器(12)、电机侧2#间隙传感器(13)、电机侧3#间隙传感器(14)和电机侧4#间隙传感器(15)；电机侧电磁轴承组(4)包括电机侧辅助轴承(9)、电机侧1#电磁轴承线圈(16)、电机侧2#电磁轴承线圈(17)、电机侧3#电磁轴承线圈(18)和电机侧4#电磁轴承线圈(19)；电机侧辅助轴承(9)设置在电机侧的电机转子(11)外侧，电机侧的电机定子(10)的内侧壁上沿其圆周方向均匀设置有四对指向电机转子轴心的凸起，电机侧1#电磁轴承线圈(16)、电机侧2#电磁轴承线圈(17)、电机侧3#电磁轴承线圈(18)和电机侧4#电磁轴承线圈(19)分别对应侧缠绕在四对凸起上；电机侧1#间隙传感器(12)、电机侧2#间隙传感器(13)、电机侧3#间隙传感器(14)和电机侧4#间隙传感器(15)沿电机侧的电机转子(11)的周向均匀布设。

3.根据权利要求1所述的大冷量磁悬浮压缩机的电气控制系统，其特征在于：所述叶轮侧间隙传感器组(5)包括叶轮侧1#间隙传感器(21)、叶轮侧2#间隙传感器(22)、叶轮侧3#间隙传感器(23)和叶轮侧4#间隙传感器(24)，所述叶轮侧电磁轴承组(6)包括叶轮侧辅助轴承(20)、叶轮侧1#电磁轴承线圈(25)、叶轮侧2#电磁轴承线圈(26)、叶轮侧3#电磁轴承线圈(27)和叶轮侧4#电磁轴承线圈(28)；叶轮侧辅助轴承(20)设置在叶轮侧的电机转子(11)外侧，叶轮侧的电机定子(10)的内侧壁上沿其圆周方向均匀设置有四对指向电机转子轴心的凸起，叶轮侧1#电磁轴承线圈(25)、叶轮侧2#电磁轴承线圈(26)、叶轮侧3#电磁轴承线圈(27)和叶轮侧4#电磁轴承线圈(28)分别对应侧缠绕在四对凸起上，叶轮侧1#间隙传感器(21)、叶轮侧2#间隙传感器(22)、叶轮侧3#间隙传感器(23)和叶轮侧4#间隙传感器(24)沿叶轮侧的电机转子(11)的周向均匀布设。

4.根据权利要求1所述的大冷量磁悬浮压缩机的电气控制系统，其特征在于：所述推力侧间隙传感器组(7)包括推力侧1#间隙传感器(30)，推力侧电磁轴承组(8)包括推力侧辅助轴承(29)、推力侧1#电磁轴承线圈(31)和推力侧2#电磁轴承线圈(32)，推力侧1#电磁轴承线圈(31)和推力侧2#电磁轴承线圈(32)设置在推力侧辅助轴承(29)的外侧，推力侧1#间隙传感器(30)设置在推力侧1#电磁轴承线圈(31)的一侧。

5.根据权利要求1所述的大冷量磁悬浮压缩机的电气控制系统，其特征在于：所述电机侧电磁轴承温度传感器(33)、叶轮侧电磁轴承温度传感器(34)以及推力侧电磁轴承温度传感器(35)均采用NTC型温度传感器。

6.根据权利要求1所述的大冷量磁悬浮压缩机的电气控制系统，其特征在于：所述电机侧间隙传感器组(3)、叶轮侧间隙传感器组(5)和推力侧间隙传感器组(7)均采用NTC型温度传感器，各温度传感器埋在电磁轴承线圈内进行实时监测对应轴承的温度。

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