KR102516063B1 - 이중-공급 가변속 드라이브를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시내용의 실시형태에서, 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC＆R) 시스템은 냉매 루프 및 냉매 루프를 따라 배치된 압축기를 포함한다. 압축기는 냉매를 냉매 루프를 통해 순환시키도록 구성된다. HVAC＆R 시스템은 또한 압축기를 구동시키도록 구성된 모터 및 전력을 모터에 공급하도록 구성된 가변속 드라이브(VSD)를 포함한다. VSD는 제1 전력을 모터에 공급하도록 구성된 제1 전력 포드 및 제2 전력을 모터에 공급하도록 구성된 제2 전력 포드를 더 포함한다.

Description

이중-공급 가변속 드라이브를 위한 시스템 및 방법
본 출원은 일반적으로 이중-권선 모터에서 사용되는 가변속 드라이브에 관한 것이다.
냉각기 시스템 또는 증기 압축 시스템은 증기 압축 시스템의 작동과 연관된 상이한 온도 및 압력을 겪는 것에 응답하여 증기, 액체와 이들의 조합 간에서 상을 변경하는, 보통 냉매로서 지칭되는, 작동 유체를 활용한다. 일부 냉각기 시스템에서, 가변속 드라이브(variable speed drive: VSD)는 냉각기 시스템의 하나 이상의 컴포넌트를 구동시키도록 전력을 모터에 공급할 수 있다. 그러나, 종래의 VSD는 고출력 모터를 필요로 하는 냉각기 시스템과 함께 활용될 때 생산 비용 및 작동 비용에 관해서 비효율적일 수 있다.
본 개시내용의 실시형태에서, 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration: HVAC＆R) 시스템은 냉매 루프 및 냉매 루프를 따라 배치된 압축기를 포함한다. 압축기는 냉매를 냉매 루프를 통해 순환시키도록 구성된다. HVAC＆R 시스템은 또한 압축기를 구동시키도록 구성된 모터 및 전력을 모터에 공급하도록 구성된 가변속 드라이브(VSD)를 포함한다. VSD는 제1 전력을 모터에 공급하도록 구성된 제1 전력 포드(power pod) 및 제2 전력을 모터에 공급하도록 구성된 제2 전력 포드를 더 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 실시형태에서, 방법은 전기 신호의 세트를 가변속 드라이브의 제1 전력 포드를 통해 수신하는 단계, 전기 신호의 세트를 가변속 드라이브의 제2 전력 포드를 통해 수신하는 단계, 제1 전압을 제1 전력 포드를 통해 모터의 제1 권선에 공급하는 단계, 및 제2 전압을 제2 전력 포드를 통해 모터의 제2 권선에 공급하는 단계를 포함한다. 제1 전력 포드와 제2 전력 포드는 서로 독립적으로 작동하도록 구성된다.
본 개시내용의 또 다른 실시형태에서, 시스템은 마이크로제어기, 전기 신호의 세트를 마이크로제어기로부터 수신하도록 구성된 가변속 드라이브(VSD), 및 VSD로부터 제1 권선 및 제2 권선을 통해 제1 전력 공급 및 제2 전력 공급을 각각 수용하도록 구성된 모터를 포함한다. 제1 권선과 제2 권선은 서로 전기적으로 절연된다.
도 1은 본 개시내용의 양상에 따른, 상업 환경에서 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC＆R) 시스템을 활용할 수 있는 건물의 실시형태의 사시도이다;
도 2는 본 개시내용의 양상에 따른, HVAC＆R 시스템의 실시형태의 사시도이다;
도 3은 본 개시내용의 양상에 따른, 도 2의 HVAC＆R 시스템의 실시형태의 개략도이다;
도 4는 본 개시내용의 양상에 따른, 도 2의 HVAC＆R 시스템의 실시형태의 개략도이다; 그리고
도 5는 본 개시내용의 양상에 따른, 도 2의 HVAC＆R 시스템의 가변속 드라이브(VSD)와 통신하는 모터의 실시형태의 개략도이다.
본 개시내용의 실시형태는 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC＆R) 시스템의 생산 비용 및 작동 비용을 절약할 수 있는 가변속 드라이브 시스템을 포함한다. 예를 들어, 모터는 특정한 HVAC＆R 시스템의 하나 이상의 작동을 구동시킬 수 있다. 모터는 가변속 드라이브(VSD)에 의해 전력 공급받을 수 있다. 그러나, 특정한 HVAC＆R 시스템은 또한 더 높은 전류를 활용할 수 있는 더 큰 모터를 활용할 수 있다. 이를 위해서, VSD는 더 큰 컴포넌트, 예컨대, 와이어 및 인덕터를 활용하여, 더 큰 전류를 모터에 공급할 수 있다. 그러나, 이러한 큰 컴포넌트를 활용하는 VSD는 제작하고/하거나 작동시키기에 비실용적일 수 있고 과도한 생산/유지 비용을 발생시킨다. 따라서, 현재 개시된 실시형태는 모터의 2개의 전기적으로 절연된 권선을 공급하도록, 2개의 전력 포드 또는 2개의 별개의 전력 공급부를 가진 VSD를 활용할 수 있다. 특정한 실시형태에서, VSD는 2개의 전기적으로 절연된 권선을 가진 기존의 모터와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, VSD의 본 실시형태는 전력을 기존의 모터에 제공하기 위한 개선된 적용에서 사용될 수 있다.
본 실시형태에 따르면, 2개의 전력 포드는 모터에 의해 활용되는 전력의 절반을 공급하도록 각각 정해질 수 있다. 따라서, 각각의 전력 포드의 더 낮은 전력 출력에 기인하여, VSD가 적합한 크기의, 함께 작업하기 쉬운 컴포넌트를 포함하여, 생산 및 다른 비용을 절약할 수 있다. 게다가, 시스템의 이중성에 의해, 전력 포드 중 하나의 전력 포드가 전력의 공급을 중단한다면, 다른 하나의 전력 포드가 계속해서 전력을 모터에 공급할 수 있어서, HVAC＆R 시스템이 계속해서 작동되게 한다. 이 방식으로, 생산을 중단시키는 시스템과 연관된 비용이 감소될 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 전형적인 상업 환경을 위한 건물(12) 내 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC＆R) 시스템(10)을 위한 환경의 실시형태의 사시도이다. HVAC＆R 시스템(10)은 건물(12)을 냉각시키도록 사용될 수 있는, 냉각된 액체를 공급하는 증기 압축 시스템(14)을 포함할 수 있다. HVAC＆R 시스템(10)은 또한 따뜻한 액체를 공급하여 건물(12)을 가열하기 위한 보일러(16) 및 공기를 건물(12)을 통해 순환시키는 공기 분배 시스템을 포함할 수 있다. 공기 분배 시스템은 또한 공기 복귀 배관(18), 공기 공급 배관(20) 및/또는 공기 핸들러(22)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 공기 핸들러(22)는 도관(24)에 의해 보일러(16) 및 증기 압축 시스템(14)에 연결되는 열 교환기를 포함할 수 있다. 공기 핸들러(22) 내 열 교환기는 HVAC＆R 시스템(10)의 작동 모드에 따라, 보일러(16)로부터 가열된 액체 또는 증기 압축 시스템(14)으로부터 냉각된 액체를 수용할 수 있다. HVAC＆R 시스템(10)이 건물(12)의 각각의 층에 개별적인 공기 핸들러를 갖는 것으로 도시되지만, 다른 실시형태에서, HVAC＆R 시스템(10)은 층 사이에 또는 층 간에 공유될 수 있는 공기 핸들러(22) 및/또는 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3은 HVAC＆R 시스템(10)에서 사용될 수 있는 증기 압축 시스템(14)의 실시형태이다. 증기 압축 시스템(14)은 냉매를 압축기(32)로 시작되는 회로를 통해 순환시킬 수 있다. 회로는 또한 응축기(34), 팽창 밸브(들) 또는 디바이스(들)(36), 및 액체 냉각기 또는 증발기(38)를 포함할 수 있다. 증기 압축 시스템(14)은 아날로그 대 디지털(analog to digital: A/D) 변환기(42), 마이크로프로세서(44), 비휘발성 메모리(46) 및/또는 인터페이스 보드(48)를 가진 제어 패널(40)(예를 들어, 제어기)을 더 포함할 수 있다.
증기 압축 시스템(14)에서 냉매로서 사용될 수 있는 유체의 일부 예는 수소화불화탄소(HFC) 기반 냉매, 예를 들어, R-410A, R-407, R-134a, 하이드로플루오로 올레핀(HFO), 암모니아(NH3) 같은 "천연" 냉매, R-717, 이산화탄소(CO2), R-744 또는 탄화수소 기반 냉매, 수증기 또는 임의의 다른 적합한 냉매이다. 일부 실시형태에서, 증기 압축 시스템(14)은 중간 압력 냉매, 예컨대, R-134a에 비해서, 저압 냉매로서 또한 지칭되는, 1 대기압에서 섭씨 약 19도(화씨 66도 이하)의 기준 끓는점을 가진 냉매를 효율적으로 활용하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, "기준 끓는점"은 1 대기압에서 측정되는 끓는점 온도를 나타낼 수 있다.
일부 실시형태에서, 증기 압축 시스템(14)은 가변속 드라이브(VSD)(52), 모터(50), 압축기(32), 응축기(34), 팽창 밸브 또는 디바이스(36) 및/또는 증발기(38) 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 모터(50)는 압축기(32)를 구동시킬 수 있고 가변속 드라이브(VSD)(52)에 의해 전력 공급받을 수 있다. VSD(52)는 AC 전력원으로부터 특정한 고정된 라인 전압 및 고정된 라인 주파수를 가진 교류(alternating current: AC) 전력을 수용하고, 가변 전압 및 주파수를 가진 전력을 모터(50)에 제공한다. 다른 실시형태에서, 모터(50)는 AC 또는 직류(direct current: DC) 전력원으로부터 직접적으로 전력 공급받을 수 있다. 모터(50)는 VSD에 의해 또는 직접적으로 AC 또는 DC 전력원으로부터 전력 공급받을 수 있는 임의의 유형의 전기 모터, 예컨대, 전환형 자기 저항 모터, 유도 모터, 전자적으로 정류된 영구 자석 모터 또는 또 다른 적합한 모터를 포함할 수 있다.
압축기(32)는 냉매 증기를 압축하고 증기를 배출 통로를 통해 응축기(34)로 전달한다. 일부 실시형태에서, 압축기(32)는 원심 압축기일 수 있다. 압축기(32)에 의해 응축기(34)로 전달된 냉매 증기는 열을 응축기(34) 내 냉각 유체(예를 들어, 물 또는 공기)로 전달할 수 있다. 냉매 증기는 냉각 유체와의 열 전달의 결과로서 응축기(34)에서 냉매 액체로 응결될 수 있다. 응축기(34)로부터의 냉매 액체는 팽창 디바이스(36)를 통해 증발기(38)로 흐를 수 있다. 도 3의 예시된 실시형태에서, 응축기(34)는 물 냉각되고 냉각 유체를 응축기로 공급하는, 냉각탑(56)에 연결된 관 다발(54)을 포함한다.
증발기(38)로 전달된 냉매 액체는 응축기(34)에서 사용되는 동일한 냉각 유체일 수 있거나 아닐 수 있는, 또 다른 냉각 유체로부터 열을 흡수할 수 있다. 증발기(38) 내 냉매 액체는 냉매 액체로부터 냉매 증기로의 상변화를 겪을 수 있다. 도 3의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 증발기(38)는 냉각 부하(62)에 연결된 공급 라인(60S) 및 복귀 라인(60R)을 가진 관 다발(58)을 포함할 수 있다. 증발기(38)의 냉각 유체(예를 들어, 물, 에틸렌 글리콜, 염화칼슘 브라인, 염화나트륨 브라인 또는 임의의 다른 적합한 유체)는 복귀 라인(60R)을 통해 증발기(38)에 진입하고 공급 라인(60S)을 통해 증발기(38)를 나간다. 증발기(38)는 냉매와의 열 전달을 통해 관 다발(58) 내 냉각 유체의 온도를 감소시킬 수 있다. 증발기(38) 내 관 다발(58)은 복수의 관 및/또는 복수의 관 다발을 포함할 수 있다. 임의의 경우에, 냉매 증기가 증발기(38)를 나가고 흡입 라인에 의해 압축기(32)로 복귀되어 사이클을 완료한다.
도 4는 중간 회로(64)가 응축기(34)와 팽창 디바이스(36) 사이에 통합된 증기 압축 시스템(14)의 개략도이다. 중간 회로(64)는 응축기(34)에 직접적으로 유체 흐름 가능하게 연결되는 유입 라인(68)을 가질 수 있다. 다른 실시형태에서, 유입 라인(68)은 응축기(34)에 간접적으로 유체 흐름 가능하게 연결될 수 있다. 도 4의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 유입 라인(68)은 중간 용기(70)의 상류에 배치된 제1 팽창 디바이스(66)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 중간 용기(70)는 플래시 탱크(예를 들어, 플래시 중간 냉각기)일 수 있다. 다른 실시형태에서, 중간 용기(70)는 열 교환기 또는 "표면 이코노마이저(surface economizer)"로서 구성될 수 있다. 도 4의 예시된 실시형태에서, 중간 용기(70)는 플래시 탱크로서 사용되고, 제1 팽창 디바이스(66)는 응축기(34)로부터 수용된 냉매 액체의 압력을 낮추도록(예를 들어, 냉매 액체를 팽창시키도록) 구성된다. 팽창 과정 동안, 액체의 일부는 증발할 수 있고, 따라서, 중간 용기(70)는 제1 팽창 디바이스(66)로부터 수용된 액체로부터 증기를 분리시키도록 사용될 수 있다. 부가적으로, 중간 용기(70)는 중간 용기(70)에 진입할 때 냉매 액체가 겪은 압력 강하에 기인하여(예를 들어, 중간 용기(70)에 진입할 때 겪은 용적의 신속한 증가에 기인하여) 냉매 액체의 추가의 팽창을 제공할 수 있다. 중간 용기(70) 내 증기는 압축기(32)에 의해 압축기(32)의 흡입 라인(74)을 통해 인출될 수 있다. 다른 실시형태에서, 중간 용기 내 증기는 압축기(32)의 중간 스테이지(예를 들어, 흡입 스테이지가 아님)로 인출될 수 있다. 중간 용기(70)에 수집된 액체는 팽창 디바이스(66) 및/또는 중간 용기(70) 내 팽창에 기인하여 응축기(34)를 나가는 냉매 액체보다 더 낮은 엔탈피에 있을 수 있다. 이어서 중간 용기(70)로부터의 액체는 라인(72)에서 제2 팽창 디바이스(36)를 통해 증발기(38)로 흐를 수 있다.
일부 실시형태에서, 모터(50)는 높은 전력, 예컨대, 1300마력 초과로 정해질 수 있다. 따라서, VSD(52)는 전력의 절반을 모터(50)를 위해 각각 공급할 수 있는, 2개의 전력 포드를 포함할 수 있다. 이 방식으로, VSD(52)는 전력 포드 중 하나의 전력 포드가 전력의 공급을 중단하는 경우에 일부 양의 전력을 모터(50)에 계속해서 공급할 수 있다. 게다가, VSD(52)가 전력의 절반을 모터(50)에 각각 제공하는 2개의 전력 포드를 포함하기 때문에, VSD(52)와 연관된 와이어 및 다른 컴포넌트(예를 들어, 인덕터)는 모터(50)로부터의 더 높은 전력 수요에도 불구하고 관리 가능한 크기로 유지될 수 있다.
예를 들어, 도 5에 예시된 바와 같이, VSD(52)는 전력을 전력 포드(80)를 통해, 더 구체적으로, 제1 전력 포드(80a) 및 제2 전력 포드(80b)를 통해 모터(50)에 제공할 수 있다. 각각의 전력 포드(80)는 정류기(82), 예컨대, 3상 다이오드 정류기 브릿지, 직류(DC) 링크(84), 및 인버터(86)를 포함할 수 있다. 특히, 제1 전력 포드(80a)는 제1 정류기(82a), 제1 DC 링크(84a), 및 제1 인버터(86a)를 포함할 수 있고 제2 전력 포드(80b)는 제2 정류기(82b), 제2 DC 링크(84b), 및 제2 인버터(86b)를 포함할 수 있다.
예시된 실시형태에서, VSD(52)는 마이크로프로세서(88)로부터 하나 이상의 전기 신호를 수신할 수 있다. 일부 실시형태에서, 마이크로프로세서(88)는 하나 이상의 처리 장치를 가진 논리 기판(예를 들어, 인쇄 회로 기판, 집적 회로 등)일 수 있다. 특정한 실시형태에서, 마이크로프로세서(88)는 마이크로프로세서(44)(도 3 및 도 4)의 실시형태일 수 있다. 마이크로프로세서(88)는 AC 전압을 나타내는 하나 이상의 전기 신호를 제1 인버터 및 제2 인버터(86a, 86b)에 공급하도록 펄스-폭 변조(pulse-width modulation: PWM)를 활용할 수 있다. 일부 실시형태에서, 마이크로프로세서(88)는 제1 인버터(86a) 및 제2 인버터(86b)의 각각으로 분할되고 전송되는 전기 신호의 세트를 단일의 경로(91)(예를 들어, 와이어, 연결기, 무선 통신 등)를 통해 생성한다. 이 방식으로, 제1 전력 포드(80a)는 제1 인버터(86a) 및 제2 인버터(86b), 각각을 통해 제2 전력 포드(80b)와 동일한 전기 신호를 수신할 수 있다.
게다가, 현재의 실시형태에서, VSD(52)는 전력원(89)으로부터 전력을 수신할 수 있다. 전력원(89)은 임의의 적합한 전력원, 예컨대, 발전기, 전기 그리드, 태양 전지판, 배터리 등일 수 있다. 일부 실시형태에서, VSD(52)는 2개의 별개의 마이크로프로세서(88)로부터 전기 신호를 수신할 수 있다. 실제로, 이러한 실시형태에서, 별개의 마이크로프로세서(88)는, 별개의 마이크로프로세서(88)가 실질적으로 동일한 전기 신호를 각각의 인버터(82)에 공급하도록 동기화될 수 있다.
정류기(82)는 전력원(89)으로부터 AC 전압을 수용할 수 있다. 정류기(82)는 AC 전압을 DC 전압으로 변환할 수 있거나 또는 스무드-아웃(smmoth-out)할 수 있는 전파 브릿지 정류기일 수 있다. 특히, 일부 실시형태에서, 정류기(82)는 컴포넌트, 예컨대, 다이오드, 실리콘 제어 정류기(silicon-controlled rectifier: SCR), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor: IGBT), 사이리스터, 또는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하도록 전파 브릿지 구성에서 함께 결합된 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 정류기(82)는 또한 마이크로프로세서(88)로부터 하나 이상의 PWM 신호를 수신할 수 있다.
이어서 DC 링크(84)는 각각의 정류기(82)로부터 DC 전압을 수용할 수 있고 DC 전압을 각각의 인버터(86)에 공급할 수 있다. 특히, DC 링크(84)는 변동을 더 여과하거나 또는 정류기(82)로부터 수용된 전류 및/또는 전압을 스무드-아웃하도록 활용될 수 있는, 하나 이상의 인덕터 및/또는 커패시터를 포함할 수 있다. DC 링크(84)는 또한 인버터(86)로부터 다시 정류기(82)로의 일시적인 통과를 방지하도록 활용될 수 있다.
인버터(86)는 각각의 DC 링크(84)로부터 DC 전압을 수용할 수 있고 DC 전압을 적합한 전압 및 주파수를 가진 AC 전압으로 변환할 수 있다. 부가적으로, 위에서 언급된 바와 같이, 인버터(86)는 또한 마이크로프로세서(88)로부터 PWM 신호를 수신할 수 있다. 이어서 인버터(86)는 펄스 DC 버스 전압 또는 펄스-폭 변조(PWM)를 사용하여 사인파 전류를 출력할 수 있다. 예를 들어, 인버터(86)는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하도록 반도체 디바이스, 예컨대, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)로 이루어질 수 있다. 이어서 각각의 인버터(86)는 3상 전류를 모터(50)에 공급할 수 있다. 특히, 각각의 인버터(86)는 서로에 대해 대략 120도 오프셋될 수 있는 전압 파형을 함께 각각 공급하는, 3개의 별개의 와이어(90) 또는 연결부를 포함할 수 있다.
전력 포드(80)는 각각 도 5에 예시된 바와 같이, 델타 구성으로 3상 전류를 모터(50)에 공급할 수 있다. 일부 실시형태에서, 전력 포드(80)는 각각 Y자 구성으로 3상 전류를 모터(50)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 각각의 와이어(90)는 권선의 삼각형 결합부의 각각의 꼭짓점에서 개별적인 상을 공급할 수 있다. 특히, 각각의 전력 포드(80)는 전력을 모터(50)의 고정자 주위에 배치된 전기적으로 절연된 권선에 공급할 수 있다. 이 방식으로, VSD(52)는 적합한 전압 및 전류를 모터(50)의 권선에 공급할 수 있고, 이는 회전 자기장을 유도할 수 있다. 모터(50)의 회전자 또는 샤프트가 예컨대, 회전자 내에 배치된 전도체를 통해, 자기장과 상호 작용할 수 있고, 이는 결국 회전자를 회전시키는 힘을 생성할 수 있다.
예를 들어, 모터(50)는 델타 구성의 제1 권선(92) 및 또한 델타 구성인 제2 권선(94)을 포함할 수 있다. 실제로, 제1 권선(92)과 제2 권선(94) 둘 다는 모터(50)의 고정자 내 동일한 슬롯 내에 배치될 수 있다. 그러나, 제1 권선(92)과 제2 권선(94)이 서로 인접하게 배치될 수 있지만, 제1 권선(92)과 제2 권선(94)은 서로 갈바닉 방식으로 절연될 수 있다. 즉, 전류가 제1 권선(92)과 제2 권선(94) 사이에서 흐르지 않을 수 있고 제1 권선(92)과 제2 권선(94) 사이에 직접적인 전도 경로가 없을 수 있다. 그러나, 에너지 및/또는 정보는 예컨대, 정전 용량, 유도, 전자기파, 광학기기, 음향기기 등을 통해 제1 권선(92)과 제2 권선(94) 간에서 여전히 교환될 수 있다. 즉, 제1 권선(92)과 제2 권선(94)은 함께 단락되지 않을 수 있다.
실제로, 전력을 제1 권선(92)에 공급하는 제1 전력 포드(80a)는 전력을 제2 권선(94)에 공급하는 제2 전력 포드(80b)와 관계 없이 작동/기능할 수 있다. 즉, 각각의 전력 포드(80)는 설계된 총 출력으로 작동하도록 모터(50)를 위해 사용되는 전력(예를 들어, 전압 및 전류)의 절반을 공급할 수 있다. 특히, 하나의 전력 포드(80)(예를 들어, 제1 전력 포드(80a) 또는 제2 전력 포드(80b) 중 하나)는 전력을 모터(50)에 공급할 수 없지만 다른 하나의 전력 포드(80)는 계속해서 전력을 모터(50)에 공급한다. 따라서, 전력 포드(80) 중 하나의 전력 포드가 각각의 권선(예를 들어, 제1 권선(92) 또는 제2 권선(94) 중 하나)으로의 전력의 공급을 중단한다면, 모터(50)는 어느 정도로, 예컨대, 전체 표준 출력의 대략 절반으로 계속해서 작동할 수 있다. 예시를 위해, 모터(50)의 샤프트 또는 회전자는 제1 전력 포드(80a) 및 제2 전력 포드(80b)로부터 전력을 공급받는 동안 제1 속도 및 회전력으로 작동할 수 있다. 전력 포드(80) 중 하나의 전력 포드가 모터(50)로의 전력의 공급을 중단한다면, 모터(50)의 샤프트 또는 회전자는 제1 속도 및 회전력과 연관된 전력의 대략 절반에 대응할 수 있는, 제2 속도 및 회전력으로 계속해서 작동할 수 있다.
일부 실시형태에서, 단일의 정류기는 마이크로프로세서(88)로부터 신호(예를 들어, AC 전압)의 세트 그리고/또는 전력원(89)으로부터 AC 전압을 입력된 AC 전압으로서 수신할 수 있다. 이어서 단일의 정류기(82)는 입력된 AC 전압을 DC 전압으로 정류할 수 있고 DC 전압을 단일의 DC 링크(84)에 공급할 수 있다. 이어서 단일의 DC 링크(84)는 DC 전압을 따로따로 제1 인버터(86a)와 제2 인버터(86b) 둘 다로 전송할 수 있다. 게다가, 적어도 제1 전력 포드(80a)와 제2 전력 포드(80b)의 이중성에 기인하여, 제1 인버터(86a) 및 제2 인버터(86b)의 각각의 3상 전력 공급 출력은 서로 실질적으로 일치할 수 있다. 즉, 제1 권선(92) 및 제2 권선(94)은 실질적으로 동일한 주파수, 전압 및 전류를 가진 AC 전압을 각각 수용할 수 있다.
게다가, 본 명세서에 개시된 바와 같은 VSD(52)는 서로로부터 절연되거나 갈바닉 방식으로 절연된 권선의 2개의 세트를 가진 임의의 적합한 크기의 모터(50)와 함께 활용될 수 있다. 예를 들어 일부 실시형태에서, 모터(50)는 대략 800마력, 900마력, 1000마력, 1100마력, 1200마력, 1250마력, 1280마력, 1300마력, 1200 내지 1300마력, 1300 초과의 마력의 출력 또는 임의의 다른 적합한 출력을 갖도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 개시내용은 2개의 독립적으로 작동되는 전력 포드를 가진 가변속 드라이브(VSD)의 시스템 및 방법을 제공하는 것에 관한 것이다. 예를 들어, 각각의 전력 포드는 마이크로프로세서로부터 전기 신호의 세트를 수신할 수 있다. 특히, 마이크로프로세서는 각각의 전력 포드 내 인버터로 전송되는 펄스-폭 변조(PWM) 제어 신호일 수 있는, 전기 신호의 단일의 세트를 출력할 수 있다. 게다가, 각각의 전력 포드는 전력원으로부터 정류기를 통해 AC 전압을 수용할 수 있고, 정류기는 AC 전압을 DC 전압으로 변환할 수 있다. 이어서 각각의 전력 포드는 각각의 정류기로부터 각각의 DC 링크를 통해 DC 전압을 수용할 수 있다. 이어서 각각의 DC 링크는 DC 전압을 각각의 인버터에 공급할 수 있다. 이어서 각각의 인버터는 DC 전압을 3상 AC 전압 공급으로 변환할 수 있다. 이어서 인버터는 3상 AC 전압 공급을 각각의 갈바닉 방식으로 절연되거나 또는 전기적으로 절연된 모터의 권선으로 전송할 수 있다. 실제로, 일부 실시형태에서, 3상 AC 전압 공급은 마이크로프로세서로부터의 입력 및/또는 각각의 DC 링크로부터의 입력에 기초할 수 있다. 이 방식으로, VSD는 관리 가능한 컴포넌트를 활용하면서 큰 모터, 예컨대, 1200마력 출력 초과로 정해진 모터로 전력을 공급할 수 있다. 특히, 특정한 경우에, 단일의 전력 포드를 가진 VSD가 큰 크기의 와이어 및 다른 컴포넌트를 활용할 수 있어서, 과도한 생산 비용을 발생시킨다. 게다가, 현재의 실시형태에서 전력 포드의 이중성은 전력 포드 중 하나의 전력 포드가 작동을 중단하는 경우에 모터가 계속해서 작동하는 것을 제공할 수 있다. 실제로, 각각의 전력 포드는 다른 하나의 전력 포드와 관계 없이 작동할 수 있다. 게다가, 모터를 작동시키기 위한 각각의 전력 포드의 감소된 전력 출력은 VSD 내 컴포넌트의 수명을 증가시킬 수 있다. 게다가, 2개의 독립적으로 작동되는 전력 포드를 활용하는 본 명세서에서 논의된 실시형태가 임의의 적합한 모터, 예컨대, 전기적으로 절연된 권선의 2개의 세트를 포함하도록 제작된 기존의 모터와 함께 활용될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
오직 특정한 특징 및 실시형태가 예시 및 설명되었지만, 많은 변경 및 변화(예를 들어, 다양한 소자의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율, 매개변수(예를 들어, 온도, 압력 등)의 값, 장착 배열, 재료 용도, 컬러, 배향 등의 변경)가 청구범위에 언급된 주제의 새로운 교시내용 및 이점으로부터 실질적으로 벗어나는 일 없이 당업자에게 떠오를 수 있다. 임의의 과정 또는 방법 단계의 순서 또는 시퀀스는 대안적인 실시형태에 따라 변경 또는 재배열될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위가 본 발명의 참된 정신 내에 속하는 것으로서 모든 이러한 변경 및 변화를 포함하는 것으로 의도된다는 것이 이해된다. 게다가, 예시적인 실시형태의 간결한 설명을 제공하기 위해서, 실제 구현예의 모든 특징(즉, 본 발명을 수행하는 현재 고려되는 최상의 모드와 관련되지 않은 것 또는 청구된 발명을 가능하게 하는 것과 관련되지 않은 것)이 설명되지 않을 수 있다. 임의의 이러한 실제 구현예의 개발에서, 임의의 엔지니어링 또는 설계 프로젝트에서와 같이, 수많은 구현 특정한 결정이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 개발 노력이 복잡할 수 있고 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 과도한 실험 없이, 본 개시내용의 이득을 가진 당업자에게는 설계, 제조 및 제작의 일상적인 일일 것이다.

Claims (20)

  1. 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration: HVAC＆R) 시스템으로서,
    냉매 루프;
    상기 냉매 루프를 따라 배치된 압축기로서, 냉매를 상기 냉매 루프를 통해 순환시키도록 구성되는, 상기 압축기;
    상기 압축기를 구동시키도록 구성된 모터; 및
    전력을 상기 모터에 공급하도록 구성된 단일의 가변속 드라이브(variable speed drive: VSD)를 포함하되, 상기 단일의 VSD는,
    제1 전력을 상기 모터에 공급하도록 구성된 제1 전력 포드(power pod)로서, 상기 제1 전력 포드는 제1 정류기, 제1 직류(DC) 링크 및 제1 인버터를 포함하는 것인 제1 전력 포드; 및
    제2 전력을 상기 모터에 공급하도록 구성된 제2 전력 포드로서, 상기 제2 전력 포드는 제2 정류기, 제2 DC 링크 및 제2 인버터를 포함하는 것인 제2 전력 포드를 포함하고,
    상기 제1 전력 포드와 상기 제2 전력 포드가 서로 독립적으로 작동하도록 구성되어 상기 제1 전력 포드와 상기 제2 전력 포드 중 하나의 전력 포드는, 상기 제1 전력 포드와 상기 제2 전력 포드 중 다른 하나의 전력 포드의 작동이 중단되는 동안, 상기 모터에 전력을 공급하도록 작동하게 구성되고,
    상기 모터는 상기 제1 전력을 상기 모터의 제1 전기 권선을 통해 수용하고 상기 제2 전력을 상기 모터의 제2 전기 권선을 통해 수용하도록 구성되고,
    상기 제1 전기 권선은 상기 제2 전기 권선으로부터 갈바닉 방식으로 절연되는 것인 HVAC＆R 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모터는 회전자 및 고정자를 포함하고, 상기 회전자가 슬롯의 세트를 포함하고, 상기 제1 전기 권선이 상기 슬롯의 세트 내에 배치되고 상기 제2 전기 권선이 상기 슬롯의 세트 내에 배치되는, HVAC＆R 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기 권선이 제1 델타 구성이고, 상기 제2 전기 권선이 제2 델타 구성인 것인 HVAC＆R 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    마이크로프로세서를 포함하되, 상기 마이크로프로세서가 전기 신호의 세트를 출력하도록 구성되고, 상기 제1 전력 포드가 상기 전기 신호의 세트를 수신하도록 구성되고, 상기 제2 전력 포드가 상기 전기 신호의 세트를 수신하도록 구성되는, HVAC＆R 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모터는 입력으로서 적어도 1200마력을 상기 압축기에 제공하도록 구성되는, HVAC＆R 시스템.
  10. 방법으로서,
    전기 신호의 세트를 단일의 가변속 드라이브(variable speed drive: VSD)의 제1 전력 포드를 통해 수신하는 단계로서, 상기 제1 전력 포드는 제1 정류기, 제1 직류(DC) 링크 및 제1 인버터를 포함하는 것인 단계;
    상기 전기 신호의 세트를 상기 단일의 VSD의 제2 전력 포드를 통해 수신하는 단계로서, 상기 제2 전력 포드는 제2 정류기, 제2 DC 링크 및 제2 인버터를 포함하는 것인 단계;
    제1 전압을 상기 제1 전력 포드를 통해 모터의 제1 권선에 공급하는 단계; 및
    제2 전압을 상기 제2 전력 포드를 통해 상기 모터의 제2 권선에 공급하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 전력 포드와 상기 제2 전력 포드는 서로 관계 없이 작동하도록 구성되어 상기 제1 전력 포드와 상기 제2 전력 포드 중 하나의 전력 포드는, 상기 제1 전력 포드와 상기 제2 전력 포드 중 다른 하나의 전력 포드의 작동이 중단되는 동안, 상기 모터에 전력을 공급하게 작동하도록 구성되고,
    상기 제1 권선은 상기 제2 권선으로부터 갈바닉 방식으로 절연되는 것인 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전력 포드와 상기 제2 전력 포드는 마이크로프로세서로부터 상기 전기 신호의 세트를 수신하도록 구성되고, 상기 마이크로프로세서는 펄스-폭 변조를 통해 상기 전기 신호의 세트를 생성하도록 구성되는, 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전력 포드는 상기 전기 신호의 세트를 상기 제1 인버터를 통해 수신하도록 구성되고 상기 제2 전력 포드는 상기 전기 신호의 세트를 상기 제2 인버터를 통해 수신하도록 구성되고, 상기 제1 인버터는 상기 전기 신호의 세트에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제1 전압을 상기 제1 권선에 공급하도록 구성되고, 상기 제2 인버터는 상기 전기 신호의 세트에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제2 전압을 상기 제2 권선에 공급하도록 구성되는, 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 정류기는 전력원으로부터 제1 AC 전압을 수용하고 상기 제1 AC 전압을 제1 DC 전압으로 변환하도록 구성되고,
    상기 제2 정류기는 전력원으로부터 제2 AC 전압을 수용하고 상기 제2 AC 전압을 제2 DC 전압으로 변환하도록 구성된 제2 정류기를 포함하고,
    상기 제1 전력 포드의 상기 제1 DC 링크는 상기 제1 정류기로부터 상기 제1 DC 전압을 수용하도록 구성되고, 상기 제2 전력 포드의 상기 제2 DC 링크는 상기 제2 정류기로부터 상기 제2 DC 전압을 수용하도록 구성되는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 전력 포드의 상기 제1 인버터는 상기 제1 DC 링크로부터 상기 제1 DC 전압을 수용하고, 상기 제1 DC 전압을 제1 AC 전압으로 변환하고, 상기 제1 AC 전압을 상기 제1 권선에 공급하도록 구성되고,
    상기 제2 전력 포드의 상기 제2 인버터는 상기 제2 DC 링크로부터 상기 제2 DC 전압을 수용하고, 상기 제2 DC 전압을 제2 AC 전압으로 변환하고, 상기 제2 AC 전압을 상기 제2 권선에 공급하도록 구성되는, 방법.
  16. 삭제
  17. 시스템으로서,
    마이크로제어기;
    전기 신호의 세트를 상기 마이크로제어기로부터 수신하도록 구성된 단일의 가변속 드라이브(VSD)로서, 상기 단일의 VSD는 제1 전력 포드 및 제2 전력 포드를 포함하고, 상기 제1 전력 포드는 제1 정류기, 제1 직류(DC) 링크 및 제1 인버터를 포함하고 상기 제2 전력 포드는 제2 정류기, 제2 DC 링크 및 제2 인버터를 포함하는 것인 단일의 VSD; 및
    제1 권선 및 제2 권선을 통해 상기 단일의 VSD의 제1 전력 포드로부터의 제1 전력 공급 및 상기 단일의 VSD의 제2 전력 포드로부터의 제2 전력 공급을 각각 수용하도록 구성된 모터를 포함하되,
    상기 제1 전력 포드와 제2 전력 포드 중 어느 하나의 작동이 중단되는 동안 상기 제1 전력 포드와 제2 전력 포드 중 다른 하나가 상기 모터를 작동시키게 구성되도록 상기 제1 전력 포드는 상기 제2 전력 포드와 독립적으로 작동하도록 구성되고,
    상기 제1 권선과 상기 제2 권선은 서로 갈바닉 방식으로 절연되는 것인 시스템.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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