變頻驅(qū)動過電壓保護的制作方法
【專利說明】變頻驅(qū)動過電壓保護
【背景技術(shù)】
[0001] 變頻電機驅(qū)動提供許多潛在的優(yōu)點，包括用于增強效率、控制和性能的機會。其還 提出許多設(shè)計挑戰(zhàn)，包括需要針對可導(dǎo)致災(zāi)難性失效的過電壓條件而保護功率電子電路和 部件。已經(jīng)進行了各種嘗試以解決這些顧慮，包括在電源供應(yīng)與驅(qū)動前端之間提供線路電 抗器、熔絲和/或斷路器、在驅(qū)動中使用金屬氧化物變阻器、緩沖電路和/或超大DC總線電 容器以及使用基于晶體管的開關(guān)或基于有源晶體管的電壓鉗位或電路。雖然這些方法提供 了一些益處，但是它們均存在限制和缺點。這些缺點對于諸如用于如冷卻器系統(tǒng)之類的加 熱、通風(fēng)、空調(diào)或制冷（HVACR)系統(tǒng)的壓縮機驅(qū)動之類的高負載驅(qū)動應(yīng)用而言可能是特別關(guān) 心的。對于在本文中公開的獨特且創(chuàng)造性的變頻驅(qū)動過電壓保護、裝置、方法仍存在顯著的 需要。
[0002] 公開 出于清楚、簡明且精確地描述本發(fā)明的示例性實施例、完成和使用該示例性實施例的 方式和過程以及為了使得能夠?qū)崿F(xiàn)該示例性實施例的實施、完成和使用，現(xiàn)在將對某些示 例性實施例進行參考，包括附圖中所示的那些，并且將使用具體語言來對其進行描述。應(yīng)認 識到的是，并不因而產(chǎn)生對本發(fā)明的范圍的限制，并且本發(fā)明包括且保護本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域 的技術(shù)人員將想到的示例性實施例的此類變更、修改以及進一步的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 公開了變頻驅(qū)動過電壓保護的獨特裝置、方法和系統(tǒng)。在示例性實施例中，提供了 包括整流器、與整流器電耦合的DC總線、與DC總線電耦合的逆變器的變頻電機驅(qū)動系統(tǒng)。 提供了與整流器電耦合且被配置成基于故障條件而中斷供應(yīng)至系統(tǒng)的功率的保護器件。提 供了一種控制器且其被配置成接收指示DC總線的電壓的信息、處理接收到的信息以對變 頻電機驅(qū)動的至少一個部件的條件進行建模，并且如果建模條件滿足故障準則，則控制保 護器件中斷到變頻電機驅(qū)動的電源供應(yīng)。根據(jù)以下描述和附圖，更多實施例、形式、目標、特 征、優(yōu)點、方面以及益處將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0004] 圖1是示例性HVACR系統(tǒng)的示意圖。
[0005] 圖2是示例性變頻電機驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖。
[0006] 圖3是圖示出示例性診斷和控制過程的流程圖。
[0007] 圖4是圖示出示例性并聯(lián)跳閘函數(shù)的特性的圖表。
[0008] 圖5是圖示出與附加驅(qū)動特性曲線組合的示例性并聯(lián)跳閘函數(shù)的特性的圖表。
【具體實施方式】
[0009] 參考圖1，圖示出示例性HVACR系統(tǒng)100,其包括包含壓縮機110、冷凝器120和蒸 發(fā)器130的制冷劑回路。制冷劑在閉合回路中通過系統(tǒng)100從壓縮機110流動至冷凝器 120至蒸發(fā)器130并返回壓縮機110。各種實施例還可包括附加的制冷劑回路元件，包括例 如用于控制制冷劑流動的閥、制冷劑過濾器、節(jié)熱器、油分離器和/或冷卻部件以及各系統(tǒng) 部件中間的流動路徑。
[0010] 壓縮機Iio由驅(qū)動單元150驅(qū)動，包括由變頻驅(qū)動155驅(qū)動的永磁電機170。在所 示實施例中，變頻驅(qū)動155被配置成輸出三相PffM驅(qū)動信號，并且電機170是表面磁體永磁 電機。還可設(shè)想其它類型和配置的變速驅(qū)動或變頻驅(qū)動以及諸如內(nèi)部磁體永磁電機和感應(yīng) 電機之類的其它類型電機的使用。
[0011] 冷凝器120被配置成從接收自壓縮機110的被壓縮的制冷劑傳遞熱量。在所示實 施例中，冷凝器120是水冷式冷凝器，其在進口 121處接收冷卻水，將熱量從制冷劑傳遞至 冷卻水，并在出口 122處輸出冷卻水。還可設(shè)想，可利用其它類型的冷凝器，例如氣冷式冷 凝器或蒸發(fā)式冷凝器。還應(yīng)認識到的是，除非另外限制，本文對水的引用包括包含附加成分 的水溶液。
[0012] 蒸發(fā)器130被配置成從冷凝器120接收制冷劑，使接收的制冷劑膨脹以降低其溫 度，并將熱量從冷卻介質(zhì)傳遞至制冷劑。在所示實施例中，蒸發(fā)器130被配置為水冷卻器， 其接收提供到進口 131的水，將熱量從水傳遞至制冷劑，并在出口 132處輸出被冷卻的水。 設(shè)想可使用許多特定類型的蒸發(fā)器和冷卻器系統(tǒng)，其中包括干膨脹式蒸發(fā)器、滿液式蒸發(fā) 器、裸管蒸發(fā)器、板表面蒸發(fā)器以及翅片式蒸發(fā)器。
[0013] HVACR系統(tǒng)100還包括控制器160,其向變頻驅(qū)動155輸出控制信號，以控制電機 170和壓縮機110的操作?？刂破?60還接收關(guān)于驅(qū)動單元150的操作的信息。在示例性 實施例中，控制器160接收關(guān)于電機電流、電機端子電壓和/或電機的其它操作特性的信息 以及DC總線電壓信息，如下文進一步所述。應(yīng)認識到的是，可使用硬件、軟件、固件及其各 種組合來實現(xiàn)本文所述的控制、控制例程和控制模塊，并且其可利用存儲在一個或多個非 瞬時計算機可讀介質(zhì)中的可執(zhí)行指令。還應(yīng)理解的是，控制器160能夠以各種形式被提供 且可包括許多硬件和軟件模塊及部件。
[0014] 參考圖2,圖示出用于示例性變速電機驅(qū)動系統(tǒng)200的電路圖。系統(tǒng)200被連接到 電源210,諸如公用電網(wǎng)或向保護器件220提供AC功率的備用發(fā)電機。保護器件220可以 是并聯(lián)跳閘斷路器、接觸器或其它類型的器件，其被配置成基于接收的控制信號將電源210 從下行線路部件電斷開。保護器件220通常向線路濾波器230提供三相電功率，但是可被 控制以在接收到命令或控制信號時中斷電源供應(yīng)。保護器件220具有當(dāng)被提供跳閘信號 或命令時在指定時間段內(nèi)將供電電壓從組件斷開的能力，優(yōu)選地在一個封閉的功率循環(huán) (blind power circle)內(nèi)。選擇包括變速驅(qū)動組件的部件(包括下面更詳細地描述的整流 器、電容器、MOV以及逆變器）以便用被施加裕度的正常供應(yīng)電壓來維持正常操作，并且控制 保護器件220以使操作局限在該裕度內(nèi)。
[0015] 線路濾波器230包括電抗器，其被配置成提供諧波阻尼，以緩解可能由從驅(qū)動部 件到電源210的諧波反饋引起的損耗。線路濾波器230輸出三相AC功率到整流器290,其 將AC功率轉(zhuǎn)換成DC功率，并且向DC鏈路285提供DC功率。在所示實施例中，整流器290 被配置為6脈沖二極管電橋，然而，應(yīng)理解的是可利用12脈沖、18脈沖、24脈沖或30脈沖整 流器連同相移變壓器，其為12脈沖、18脈沖、24脈沖或30脈沖操作提供適當(dāng)?shù)南嘁戚斎耄?并且可利用其它類型的整流器或AC/DC轉(zhuǎn)換器，諸如包括有源部件的那些。
[0016] DC鏈路285包括金屬氧化物變阻器（M0V)286和電容器287。MOV 286被配置成對 DC總線電壓進行鉗位，并且通過取決于失效點將由提高的電壓產(chǎn)生的電流遠離其它系統(tǒng)部 件進行分流來提供針對過度瞬態(tài)電壓的保護。在其它實施例中，在DC鏈路285中可包括不 同的部件，其也用于限制電壓，例如快速瞬態(tài)器件、半導(dǎo)體器件、基于二極管的鉗位裝置或 其它類型的電壓鉗位裝置。電容器287被配置成使整流器280的輸出平滑化，并緩解來自 逆變器開關(guān)的諧波反饋。在所示實施例中，電容器287是與電解電容器相比具有相對低的 電容的薄膜電容器。其它實施例可利用具有較高電容的電容器，諸如電解電容器。DC鏈路 285的輸出端被耦合到逆變器290的輸入端。
[0017] 逆變器290包括被連接到DC鏈路285的正線和負線的開關(guān)。在所示實施例中，逆 變器290的開關(guān)被配置為基于IGBT和二極管的開關(guān)，但是也可利用其它類型的功率電子開 關(guān)部件，諸如功率MOSFET或其它電開關(guān)器件?？刂颇孀兤?90向電機270的端子27U272 和273輸出脈寬調(diào)制（PffM)電壓信號。
[0018] 電機270包括定子、轉(zhuǎn)子以及轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙。電機端子27U272和273 被連接到在定子271中提供的繞組。在示例性實施例中，電機是包括在轉(zhuǎn)子的表面上或內(nèi) 部提供的多個永久磁體的永磁電機。
[0019] 系統(tǒng)200還包括控制電路240,其包括基于微處理器的數(shù)字信號處理器（DSP) 241 和柵極驅(qū)動模塊242以及提供內(nèi)部和外部通信能力的其它部件。DSP 241被配置成接收指 示期望系統(tǒng)操作的控制命令，處