專(zhuān)利名稱(chēng)：變頻驅(qū)動(dòng)的房間空氣調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變頻驅(qū)動(dòng)的房間空氣調(diào)節(jié)器(以下可簡(jiǎn)稱(chēng)“空調(diào)器”)。
在該空調(diào)器中，來(lái)自電網(wǎng)的電源被轉(zhuǎn)換成變頻電源，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。變頻驅(qū)動(dòng)是品質(zhì)較佳的電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法。為改進(jìn)性能，近年來(lái)，空調(diào)器由以往固定頻率驅(qū)動(dòng)單相電動(dòng)機(jī)發(fā)展至變頻驅(qū)動(dòng)三相電動(dòng)機(jī)?？照{(diào)器中以往使用的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，其相電路狀態(tài)不能保持對(duì)稱(chēng)，電源頻率的改變使之產(chǎn)生更不良的偏移，因而削弱電動(dòng)機(jī)的調(diào)速品質(zhì)，尤其不利于提高效率和降低電磁振動(dòng)噪聲。因此，在空調(diào)器中難以設(shè)計(jì)達(dá)到適當(dāng)品質(zhì)要求的變頻單相電源驅(qū)動(dòng)以往的單相電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)。多相電動(dòng)機(jī)對(duì)稱(chēng)運(yùn)行的優(yōu)良性能是眾所周知的。特別是歷史悠久的三相電動(dòng)機(jī)和近年發(fā)展起來(lái)的電子變頻三相電源已有成熟技術(shù)，在工業(yè)設(shè)備上廣泛使用。于是，空調(diào)器產(chǎn)品上出現(xiàn)了三相變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其最新情況可見(jiàn)發(fā)表于《家用電器科技》2000年第9期“變頻技術(shù)”專(zhuān)欄的《智能功率模塊(IPM)在變頻空調(diào)器中的應(yīng)用》等文章，其特征有1.在該空調(diào)器中，來(lái)自電網(wǎng)的電源被轉(zhuǎn)換成變頻的三相電源，通常為對(duì)稱(chēng)三相電源；2.該空調(diào)器的電動(dòng)機(jī)為三相電動(dòng)機(jī)，包括感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)；3.逆變電路為橋式6單元。
作為工業(yè)設(shè)備上廣泛使用的典型的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用于功率相對(duì)小得多的空調(diào)器，即有以下方面值得改進(jìn)1.逆變電路的單元數(shù)偏多，是影響成本的主要因素2.對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，三相電動(dòng)機(jī)相對(duì)以往的單相電動(dòng)機(jī)，定子需多一相的槽數(shù)，開(kāi)槽顯得偏多；繞組多一個(gè)相平面，嵌線(xiàn)變復(fù)雜；以往用于制造空調(diào)器的電動(dòng)機(jī)的兩相式自動(dòng)嵌線(xiàn)設(shè)備不能使用，影響成本。永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)則是適應(yīng)變頻驅(qū)動(dòng)引入的新型電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)和工藝均比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，成本也高；3.在橋式逆變電路中，每一橋臂的上下二個(gè)單元串聯(lián)跨接于直流電源，當(dāng)偶發(fā)干擾或誤觸發(fā)以至同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，即在二個(gè)單元的低阻抗回路形成大電流的直通短路，以至燒毀元件，是系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。通常需對(duì)此選用比較優(yōu)秀的單元元件，或設(shè)置較復(fù)雜的保護(hù)電路，以至使用價(jià)格較高的智能功率模塊(IPM)等，對(duì)于空調(diào)器，明顯影響成本。
本發(fā)明的任務(wù)是，針對(duì)空調(diào)器功率小的特點(diǎn)，提出一個(gè)與現(xiàn)有技術(shù)比較，既具有多相電動(dòng)機(jī)對(duì)稱(chēng)運(yùn)行的優(yōu)良性能，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，因而成本降低和可靠性提高的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。包括1.減少逆變電路的單元數(shù)；2.可以使用以往的單相電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)；3.可以消除逆變電路跨接于直流電源的短路低阻抗。
為解決上述任務(wù)，本發(fā)明提出一種變頻驅(qū)動(dòng)的房間空氣調(diào)節(jié)器，在該房間空氣調(diào)節(jié)器中，來(lái)自電網(wǎng)的電源被轉(zhuǎn)換成變頻電源，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)其特征在于所轉(zhuǎn)換成的變頻電源為時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱(chēng)兩相電源，所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)為空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱(chēng)電動(dòng)機(jī)。
所述的變頻電源可以是經(jīng)整流濾波電路和逆變電路轉(zhuǎn)換而成，整流濾波電路是與來(lái)自電網(wǎng)的電源回路有一公共端的一組正半波整流濾波電路和一組負(fù)半波整流濾波電路所組成，形成供給逆變電路的正負(fù)各一組直流電源；逆變電路為雙半波4單元，每二個(gè)單元為一組，把直流電源調(diào)制為變頻的和時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱(chēng)兩相電源，每一組向電動(dòng)機(jī)的一相供電。
所述電動(dòng)機(jī)可以是一種空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱(chēng)繞組鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明是在空調(diào)器中實(shí)行變頻驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，實(shí)施兩相制的電動(dòng)機(jī)對(duì)稱(chēng)運(yùn)行。多相電動(dòng)機(jī)對(duì)稱(chēng)運(yùn)行的特征是電動(dòng)機(jī)氣隙磁勢(shì)波的負(fù)序分量趨于零，為此可有不同電磁特征的電源和電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)方案，但其基波性能與相數(shù)無(wú)關(guān)。雖然三相制對(duì)于大功率電力系統(tǒng)，特別是輸送電能優(yōu)點(diǎn)突出，并成為供電網(wǎng)除單相電源外唯一的多相電源，但對(duì)稱(chēng)兩相制對(duì)于小功率電動(dòng)系統(tǒng)則更為簡(jiǎn)單，在以往只因缺乏方便的電源欠于使用。例如在單相電容電動(dòng)機(jī)的研究中，提出過(guò)以對(duì)稱(chēng)兩相電動(dòng)機(jī)的原理作為分析手段，但需以專(zhuān)用發(fā)電機(jī)或三相電源演變出研究試驗(yàn)所需的對(duì)稱(chēng)兩相電源。在僅有單相的家用電網(wǎng)中使用的空調(diào)器，其以往不能建立和使用的對(duì)稱(chēng)兩相電源，在本發(fā)明是在來(lái)自電網(wǎng)的電源轉(zhuǎn)換成變頻電源的同時(shí)生成。
關(guān)于上述方案中的變頻電源，本發(fā)明的一個(gè)解決方案是，變頻電源是把來(lái)自電網(wǎng)的電源經(jīng)整流濾波電路和逆變電路轉(zhuǎn)換而成。整流濾波電路是與來(lái)自電網(wǎng)的電源回路有一公共端的一組正半波整流濾波電路和一組負(fù)半波整流濾波電路所組成，形成供給逆變電路的正和負(fù)各一組直流電源；逆變電路為雙半波4單元，每二個(gè)單元為一組，把直流電源調(diào)制為變頻的和時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱(chēng)兩相電源，每一組向電動(dòng)機(jī)的一相供電。本發(fā)明的方案，整流元件數(shù)較橋式整流電路減少二分之一；逆變電路中的單元數(shù)較三相電路減少了三分之一；由于逆變電路各單元經(jīng)電動(dòng)機(jī)阻抗串聯(lián)接電源，可避免誤觸發(fā)導(dǎo)致的大電流短路以至燒毀元件，提高可靠性，因而可簡(jiǎn)化保護(hù)電路和選用較普通的元件。
關(guān)于上述方案的空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱(chēng)繞組電動(dòng)機(jī)，可以是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)、磁阻電動(dòng)機(jī)和磁滯電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的一個(gè)解決方案是采用一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)——空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱(chēng)繞組鼠籠式電動(dòng)機(jī)。它可以是以往空調(diào)器上使用的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，但由對(duì)稱(chēng)兩相電源供電，省去原有的電動(dòng)機(jī)電容器；有明顯提高的效率和轉(zhuǎn)矩，因而可節(jié)省電動(dòng)機(jī)的電磁材料；電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由橢圓形變?yōu)閳A形，因而明顯降低電磁振動(dòng)噪聲；與同樣是對(duì)稱(chēng)電動(dòng)機(jī)的三相電動(dòng)機(jī)相比，定子少一相的槽數(shù)，對(duì)于小功率電動(dòng)機(jī)的小直徑鐵心，開(kāi)槽顯得更適宜；繞組少一個(gè)相平面，嵌線(xiàn)簡(jiǎn)化，以至以往制造空調(diào)器的電動(dòng)機(jī)的兩相式自動(dòng)嵌線(xiàn)設(shè)備可以繼續(xù)使用。此外的其他電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工藝均比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，在可靠性和成本方面仍以后者為優(yōu)，而在空調(diào)器中的使用性能差異不大。
以下結(jié)合


本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電氣框圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例空調(diào)器的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
如圖2中所示空調(diào)器包括蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)5和控制裝置10。蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)5由壓縮機(jī)1、冷凝器2、毛細(xì)管3和蒸發(fā)器4串聯(lián)成閉環(huán)。電動(dòng)機(jī)7與其直接傳動(dòng)的壓縮機(jī)1合裝構(gòu)成一體化的全封閉型電動(dòng)機(jī)——壓縮機(jī)6?？刂蒲b置10控制電動(dòng)機(jī)7傳動(dòng)壓縮機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)，使制冷劑壓縮并進(jìn)入冷凝器2冷凝后，經(jīng)毛細(xì)管3節(jié)流再進(jìn)入蒸發(fā)器汽化，然后返回壓縮機(jī)。在該循環(huán)中，蒸發(fā)器所處環(huán)境的熱量被轉(zhuǎn)移至冷凝器所處的環(huán)境。此是本發(fā)明實(shí)施例空調(diào)器基本系統(tǒng)的典型構(gòu)成，空調(diào)器的構(gòu)造中還有其他的輔助部件和結(jié)構(gòu)。
電動(dòng)機(jī)7的控制裝置10包括由來(lái)自電網(wǎng)的例如220V50HZ的交流電源11，和連接于其輸出端并把交流電源11整流而變換成直流電壓的整流濾波電路12所構(gòu)成的直流電源13；在直流電源的輸出端連接的逆變電路14。在逆變電路14的輸出端連接著電動(dòng)機(jī)7。此外，逆變電路14連接控制機(jī)構(gòu)15，并受其控制。此為典型的AC—DC—AC間接變換方式的控制裝置，但并不限定于此，也可以是不設(shè)整流濾波電路的AC—AC直接變換方式的控制裝置。
圖1表示本發(fā)明實(shí)施例中電動(dòng)機(jī)7和控制裝置10的電路圖。在本實(shí)施例中，整流濾波電路12包括由二極管D1和電容器C1組成的正電源的整流濾波電路；由二極管D2和電容器C2組成的負(fù)電源的整流濾波電路。二組電源的整流濾波電路的零電位點(diǎn)與電源11的一輸出線(xiàn)(通常為中性線(xiàn))相連。此為本發(fā)明實(shí)施例提出的雙半波整流濾波電路。但不限定于此，當(dāng)需要高于電網(wǎng)電壓的變頻電源時(shí)，可使用全波和/或倍壓整流濾波電路。
逆變電路13備有與電動(dòng)機(jī)7的兩相繞組Wa和Wb對(duì)應(yīng)的二個(gè)高電位側(cè)單元(開(kāi)關(guān)元件V1a、V1b各與其輸入連接著的驅(qū)動(dòng)電路K1a、K1b的組合)，和二個(gè)低電位側(cè)單元(開(kāi)關(guān)元件V2a、V2b各與其輸入連接著的驅(qū)動(dòng)電路K2a、K2b的組合)。開(kāi)關(guān)元件V1a、V1b、V2a和V2b的發(fā)射極和集電極各并聯(lián)有續(xù)流二極管D1a、D1b、D2a和D2b；但不限定于此，也可以是并聯(lián)或/和串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮琛㈦娙?、電感和半?dǎo)體器件或其它壓敏元件組成的保護(hù)電路。上述開(kāi)關(guān)元件可以使用包含4個(gè)或2個(gè)IGBT的模塊，或者分立的IGBT元件；也可以使用除了IGBT之外的功率元件，例如功率型MOSFET、GTR(BJT)和GTO等。此外，也可以是上述所有單元加上保護(hù)電路封裝一體的集成功率模塊，如IPM等。
逆變電路13為雙半波4單元，每二個(gè)單元為一組，在控制機(jī)構(gòu)15的控制下，把直流電源調(diào)制為變頻的和時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱(chēng)兩相電源開(kāi)關(guān)元件V1a、V2a組成一組雙半波逆變電路，向電動(dòng)機(jī)的a相繞組供電；開(kāi)關(guān)元件V1b、V2b組成另一組雙半波逆變電路，向電動(dòng)機(jī)的b相繞組供電。關(guān)于變頻調(diào)制的方式，本實(shí)施例為現(xiàn)有技術(shù)的電壓型脈寬調(diào)制(PWM、SPWM等)方式，但也可以為電流型或/和脈幅調(diào)制等方式；以及為了有更優(yōu)良的調(diào)速性能，還可以是進(jìn)行變頻調(diào)制的同時(shí)進(jìn)行電壓調(diào)制。
控制機(jī)構(gòu)15含有PWM輸出機(jī)構(gòu)，并在微計(jì)算機(jī)內(nèi)構(gòu)成，按照空調(diào)器運(yùn)轉(zhuǎn)特性所需的固有設(shè)定和動(dòng)態(tài)調(diào)整的要求，除控制逆變電路13輸出的電源為對(duì)稱(chēng)兩相外，還控制其頻率、電壓和波形。微計(jì)算機(jī)內(nèi)部和外圍會(huì)設(shè)有為本實(shí)施例電路保護(hù)、控制和電磁兼容所需的外圍電路和元件。此外，微計(jì)算機(jī)還會(huì)包括本實(shí)施例的空調(diào)器進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)工作所需的制冷、制熱和除濕的程序和對(duì)相關(guān)的傳感和控制功能的處理。這些均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
本實(shí)施例電動(dòng)機(jī)7可以就是原有符合中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15765-1995《房間空氣調(diào)節(jié)器用全封閉型電動(dòng)機(jī)——壓縮機(jī)》要求的產(chǎn)品中的電動(dòng)機(jī)。該類(lèi)電動(dòng)機(jī)通常已是空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，只因用于單相電源，其中稱(chēng)為副相的一相是串聯(lián)移相電容器后再與主相并聯(lián)接往電源，導(dǎo)致工作時(shí)發(fā)生非對(duì)稱(chēng)運(yùn)行。該類(lèi)電動(dòng)機(jī)會(huì)有兩相繞組實(shí)際匝數(shù)不完全相等的情況，如直接使用，最好通過(guò)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)，調(diào)整變頻電源提供的兩相電流 和 以配合電動(dòng)機(jī)兩相繞組的有效匝數(shù)(繞組系數(shù)×實(shí)際匝數(shù))KdpaWa和KdpbWb，使之完全符合以下公式表示的兩相電動(dòng)機(jī)對(duì)稱(chēng)運(yùn)行的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)條件I.aKdpaWa=±jI.bKdpbWb]]>另外也可以修改副相繞組，使之與主相繞組的實(shí)際匝數(shù)和線(xiàn)徑完全相等。
在本實(shí)施例，電動(dòng)機(jī)由于對(duì)稱(chēng)運(yùn)行效率提高，如重新設(shè)計(jì)，還可以相對(duì)以往空調(diào)器上所用的電動(dòng)機(jī)，所選功率等級(jí)至少可降低一檔噪聲要求也可以有所降低。并且，由于是由變頻電源供電，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化的電動(dòng)機(jī)可適應(yīng)電網(wǎng)電壓頻率因地域而不同的情況，有利于國(guó)際貿(mào)易。
這樣，本發(fā)明就達(dá)到了使用變頻技術(shù)改進(jìn)空調(diào)器，但簡(jiǎn)化現(xiàn)有技術(shù)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，因而降低成本和提高可靠性的目的。
權(quán)利要求
1.一種變頻驅(qū)動(dòng)的房間空氣調(diào)節(jié)器，在該房間空氣調(diào)節(jié)器中，來(lái)自電網(wǎng)的電源被轉(zhuǎn)換成變頻電源，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；其特征在于所轉(zhuǎn)換成的變頻電源為時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱(chēng)兩相電源，所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)為空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱(chēng)電動(dòng)機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述變頻驅(qū)動(dòng)的房間空氣調(diào)節(jié)器，其特征在于所述的變頻電源是經(jīng)整流濾波電路和逆變電路轉(zhuǎn)換而成，整流濾波電路是與來(lái)自電網(wǎng)的電源回路有一公共端的一組正半波整流濾波電路和一組負(fù)半波整流濾波電路所組成，形成供給逆變電路的正負(fù)各一組直流電源逆變電路為雙半波4單元，每二個(gè)單元為一組，把直流電源調(diào)制為變頻的和時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱(chēng)兩相電源，每一組向電動(dòng)機(jī)的一相供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻驅(qū)動(dòng)的房間空氣調(diào)節(jié)器，其特征在于所述電動(dòng)機(jī)為一種空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱(chēng)繞組鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明是一種變頻驅(qū)動(dòng)的房間空氣調(diào)節(jié)器,在該空調(diào)器中,電網(wǎng)電源被轉(zhuǎn)換成變頻和時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱(chēng)兩相電源,驅(qū)動(dòng)空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱(chēng)電動(dòng)機(jī)。其中一個(gè)方案:電網(wǎng)電源經(jīng)整流濾波電路和逆變電路轉(zhuǎn)換成變頻電源,整流濾波電路是與電網(wǎng)的電源回路有一公共端的正和負(fù)各一組半波整流濾波電路,逆變電路為雙半波4單元;使用以往空調(diào)器壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)。結(jié)果是具有多相電動(dòng)機(jī)對(duì)稱(chēng)運(yùn)行的優(yōu)良性能,但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和成本降低。
文檔編號(hào)F24F11/02GK1330248SQ0111476
公開(kāi)日2002年1月9日 申請(qǐng)日期2001年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月5日
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