專利名稱：用于具有開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的冷卻器系統(tǒng)的變速驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于冷卻器系統(tǒng)的變速驅(qū)動(dòng)器。更明確地，本發(fā)明涉及 用于具有開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的變速冷卻器系統(tǒng)的具有升壓功能的變速驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
過去，冷卻器系統(tǒng)中用于驅(qū)動(dòng)壓縮^la的感應(yīng)電動(dòng)枳/沒計(jì)為乂人標(biāo)準(zhǔn)線(主要)電壓和頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，該電壓和頻率可從電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)施的配電系統(tǒng)中得到。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)被限制于基于電動(dòng)機(jī)的輸入頻率的一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，所以線電 壓和頻率的使用典型要求壓縮機(jī)使用用于調(diào)整容量的一些低效率的機(jī)械裝置(如用于離心式壓縮機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)向葉片和用于螺桿式壓縮機(jī)的滑閥)。另夕卜， 如果電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度不等于壓縮機(jī)的期望的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，則在電動(dòng)機(jī)與壓縮 機(jī)之間嵌入"提升'，或"減低"變速傳動(dòng)箱，以獲得壓縮機(jī)的期望的運(yùn)轉(zhuǎn)速 度。此外，需要其自身的控制器或電子驅(qū)動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)，如開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 不能用于這些冷卻器系統(tǒng)，由于這樣的電動(dòng)機(jī)不能直接從標(biāo)準(zhǔn)(主要)電壓 和頻率運(yùn)轉(zhuǎn)。接下來，開發(fā)了能夠改變提供給冷卻器系統(tǒng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的頻率和/或電壓的變速驅(qū)動(dòng)器(VSD)。改變電動(dòng)機(jī)的輸入頻率和電壓的這種能力導(dǎo)致了能夠給冷卻器系統(tǒng)的相應(yīng)壓縮機(jī)提供可變的輸出速度和功率的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。當(dāng) 期望在低于完全負(fù)載設(shè)計(jì)速度的一個(gè)速度的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)(和壓縮機(jī))的 變速運(yùn)轉(zhuǎn)使得冷卻器系統(tǒng)能夠利用在壓縮機(jī)的部分負(fù)載期間發(fā)生的效率。除 了現(xiàn)有的能夠從三相功率線直接運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，如，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、或同步電 動(dòng)機(jī)之外，變速驅(qū)動(dòng)器的使用也允許冷卻器系統(tǒng)中需要其自身的電子驅(qū)動(dòng)器 的其它種類的電動(dòng)機(jī)(如開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī))的使用?，F(xiàn)有的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)型的VSD的一個(gè)局限性是來自VSD的輸出電壓的幅度 可能不大于輸入，或到VSD的電力設(shè)施，線電壓的幅度。出現(xiàn)有關(guān)輸出電壓 的這種限制是因?yàn)閂SD的整流器僅提供等于大約提供給VSD的線線AC電壓的 均方根(rms )值的1. 3倍的幅度的DC電壓。變速驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓的這種局限性限制傳統(tǒng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的最大速度為相應(yīng)于以線電壓運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)的 速度的一個(gè)速度(因?yàn)閭鹘y(tǒng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)要求固定伏特/赫茲比)。為了獲得 較大的壓縮機(jī)速度，在電動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)之間必須結(jié)合"提升"傳動(dòng)裝置布置， 以增加驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)的輸出旋轉(zhuǎn)速度?？蛇x擇地，能夠使用較低額定 電壓的電動(dòng)機(jī)，并電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在高于其額定電壓和頻率的電壓和頻率，以獲 得較高的最大轉(zhuǎn)速，倘若電動(dòng)機(jī)物理上能夠經(jīng)受住這樣的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。在這點(diǎn) 上，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)具有相對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)明顯的優(yōu)勢，因?yàn)橛捎陔妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 子構(gòu)建的物理簡單化，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)能夠在較高的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，對(duì)來自VSD的輸出電壓的這種局限性限制了冷卻器系統(tǒng)中包括高速開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的高速電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度范圍。用于在不存在"提升"傳 動(dòng)裝置布置的情況下獲得較快的壓縮機(jī)速度的高速電動(dòng)機(jī)受到限制，因?yàn)楫?dāng) 僅可得到受限的電壓范圍時(shí)，設(shè)計(jì)有效的和低成本的電動(dòng)機(jī)更加困難。在冷 卻器系統(tǒng)中高速開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是期望的，因?yàn)楸绕鹌渌N類的電動(dòng)機(jī)，它 們能夠具有較高的效率、改善的可靠性、和較低的成本。另外，倘若為簡便 在高速應(yīng)用中使用，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)建的物理簡單化適合于較高等 級(jí)的機(jī)械穩(wěn)健性。因此，所需要的是能夠提供冷卻器系統(tǒng)中高速開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的低成本 的、高效率的以及容易實(shí)現(xiàn)的運(yùn)轉(zhuǎn)的高速開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的變速驅(qū)動(dòng)器。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例指向關(guān)于冷卻器系統(tǒng)的壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)包括變速驅(qū)動(dòng)器和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。變速驅(qū)動(dòng)器配置為接收處于固定的AC輸入電壓和固定的輸入頻率的AC輸入功率，并提供處于可變電壓和可變 頻率的輸出功率?？勺冸妷壕哂蟹却笥诠潭ǖ腁C輸入電壓的最大電壓，以 及可變頻率具有大于固定的輸入頻率的最大頻率。變速驅(qū)動(dòng)器包括連接到提 供AC輸入功率的AC功率源的變換器級(jí)、連接到變換器級(jí)的DC環(huán)節(jié)、和連接 到DC環(huán)節(jié)的逆變器級(jí)。變換器級(jí)配置為將固定的AC輸入電壓變換為大于固 定的AC輸入電壓的峰值的經(jīng)升壓的DC電壓。DC環(huán)節(jié)配置為濾波經(jīng)升壓的DC 電壓并存儲(chǔ)來自變換器級(jí)的能量。逆變器級(jí)配置為將來自DC環(huán)節(jié)的經(jīng)升壓的 DC電壓變換成為具有可變電壓和可變頻率的輸出功率。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)連接 到逆變器級(jí)，并由逆變器級(jí)的輸出提供功率。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)可連接到冷卻器系統(tǒng)的壓縮機(jī)，以為壓縮機(jī)提供功率。本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例指向冷卻器系統(tǒng)。該冷卻器系統(tǒng)包括連接在閉合致冷環(huán)路中的壓縮機(jī)、冷凝器、和蒸發(fā)器；連接到壓縮機(jī)的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)， 以為壓縮機(jī)提供功率；和連接到開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的變速驅(qū)動(dòng)器。變速驅(qū)動(dòng)器 配置為接收處于固定的AC輸入電壓和固定的輸入頻率的AC輸入功率，并給 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)提供處于可變電壓和可變頻率的輸出功率。可變電壓具有幅 度大于固定的AC輸入電壓的最大電壓，以及可變頻率具有大于固定的輸入頻 率的最大頻率。變速驅(qū)動(dòng)器包括連接到提供AC輸入功率的AC功率源的變換 器級(jí)、連接到變換器級(jí)的DC環(huán)節(jié)、和連接到DC環(huán)節(jié)的逆變器級(jí)。變換器級(jí) 配置為將AC輸入電壓變換為經(jīng)升壓的DC電壓。經(jīng)升壓的DC電壓大于固定的 AC輸入電壓的峰值。DC環(huán)節(jié)配置為濾波經(jīng)升壓的DC電壓并存儲(chǔ)來自流器階 段的能量。逆變器級(jí)配置為將來自DC環(huán)節(jié)的經(jīng)升壓的DC電壓變換成為具有 可變電壓和可變頻率的用于開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的輸出功率。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過省略電動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)之間的傳動(dòng)裝置而增加的 系統(tǒng)效率和潛在的成本降低。本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)和逆變器損耗的降低。 本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是冷卻器系統(tǒng)的經(jīng)改善的可靠性。 本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是變速驅(qū)動(dòng)器的經(jīng)改善的輸入功率品質(zhì)。 本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在輸入電壓跌落期間，變速驅(qū)動(dòng)器具有經(jīng)改善的 平穩(wěn)-運(yùn)4亍(ride-through)能力。本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是較高的最大運(yùn)轉(zhuǎn)速度和電動(dòng)機(jī)的較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。結(jié)合作為例子闡明本發(fā)明的原理的附圖，從下列優(yōu)選實(shí)施例的更加詳細(xì) 的描述中，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)很明顯。


圖1示意性地闡明本發(fā)明的一^:系統(tǒng)配置。圖2示意性地闡明本發(fā)明的變速驅(qū)動(dòng)器的實(shí)施例。圖3示意性地闡明能夠與本發(fā)明一起使用的致冷系統(tǒng)。圖4闡明本發(fā)明的變速驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例的電路圖。無論何種情況下可能，遍及繪圖，將使用相同的參考數(shù)字指示相同或相似的部分。
具體實(shí)施方式
圖1闡明本發(fā)明的一般系統(tǒng)配置。AC功率源102供給變速驅(qū)動(dòng)器(VSD) 104，其為開關(guān)磁阻(SR)電動(dòng)機(jī)106提供功率。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中， 變速驅(qū)動(dòng)器104能夠?yàn)椴恢挂粋€(gè)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)106提供功率。SR電動(dòng)機(jī)106 優(yōu)選地用于驅(qū)動(dòng)致冷或冷卻器系統(tǒng)的相應(yīng)壓縮機(jī)(一般參見圖3)。 AC功率源 102從在站點(diǎn)所提供的AC功率電網(wǎng)或配電系統(tǒng)將單相或多相(例如，三相) 固定電壓和固定頻率的AC功率提供給VSD 104。依賴于相應(yīng)的AC功率電網(wǎng)， AC功率源能夠優(yōu)選地將在50Hz或60Hz的線頻率的AC電壓或200V、 230V、 380V、 460V、或600V的線電壓供主會(huì)至VSD 104。VSD104從AC功率源102接收具有特別的固定線電壓和固定線頻率的AC 功率，并在期望的電壓和期望的頻率將功率提供給SR電動(dòng)機(jī)106,該期望的 電壓和頻率兩者都能夠改變以滿足特別的要求。功率以電壓和電流脈沖的形式傳遞至SR電動(dòng)機(jī)106。電壓脈沖由施加于SR電動(dòng)機(jī)的繞組的正電壓組成， 并且也可以包括施加于SR電動(dòng)機(jī)的繞組的一部分負(fù)電壓。電流脈沖僅包括流 經(jīng)SR電動(dòng)機(jī)的繞組的正電流。電壓和電流脈沖的確切形狀依賴于用于SR電 動(dòng)機(jī)106的逆變器的類型和如何控制這樣的逆變器。電流和電壓脈沖的頻率 一般與SR電動(dòng)機(jī)106旋轉(zhuǎn)的速度成比例，但其確切的值依賴于SR電動(dòng)機(jī)106內(nèi)部的定子相和轉(zhuǎn)子電極的數(shù)目。圖2闡明本發(fā)明的VSD 104的一個(gè)實(shí)施例。VSD 104能夠具有三級(jí)變 換器級(jí)202、 DC環(huán)節(jié)級(jí)204和具有逆變器206的輸出級(jí)。變換器202將來自 AC功率源102的固定線頻率、固定線電壓AC功率變換成為DC功率。DC環(huán)節(jié) 204濾波來自變換器2Q2的DC功率，并提供能量存儲(chǔ)組件。DC環(huán)節(jié)204能夠 由電容器和電感器組成，其為提供高可靠性率和非常低的失效率的無源器件。 逆變器206將來自DC環(huán)節(jié)204的DC功率變換成為用于SR電動(dòng);^幾106的可變 頻率、可變電壓功率。逆變器206可以為能夠包括功率晶體管、絕緣柵雙極 型晶體管(IGBT)功率開關(guān)和反向二極管的功率模塊。此外，將理解到，VSD 104的DC環(huán)節(jié)204和逆變器206能夠結(jié)合不同于上文所討論的那些的組件， 只要VSD 104的DC環(huán)節(jié)204和逆變器206能夠?yàn)镾R電動(dòng)機(jī)106提供適當(dāng)?shù)?輸出電壓和頻率。如圖3中所示，HVAC、致冷或液體冷卻器系統(tǒng)300包括壓縮機(jī)302、冷 凝器裝置304、液體冷卻器或蒸發(fā)器306和控制面板308。壓縮機(jī)302由通過 VSD 104提供功率的SR電動(dòng)機(jī)106驅(qū)動(dòng)。VSD 104從AC功率源102接收具有 特別的固定線電壓和固定線頻率的AC功率，并在期望的電壓和期望的頻率將 功率提供給SR電動(dòng)機(jī)106，該期望的電壓和頻率兩者都能夠改變以滿足特別 的要求。控制面板308能夠包括像模擬數(shù)字U/D)轉(zhuǎn)換器、微處理器、非易 失性存儲(chǔ)器、和接口板那樣的多種不同的組件，以控制致冷系統(tǒng)300的運(yùn)轉(zhuǎn)。 控制面板308也能夠用于控制VSD 104和冷卻器系統(tǒng)300的其它組件的運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)300中所使用的SR電動(dòng)機(jī)106能夠?yàn)槿魏芜m當(dāng)類型的高效的開關(guān)磁 阻電動(dòng)機(jī)。另外，由于任何磁化電流的缺乏，SR電動(dòng)機(jī)106應(yīng)該具有相對(duì)平 坦的效率vs.負(fù)載曲線，其可能在其它類型的電動(dòng)機(jī)中出現(xiàn)。相對(duì)平坦的效 率vs.負(fù)載曲線指示SR電動(dòng)機(jī)106的效率不隨著負(fù)載的改變而較大地變化。 此外，SR電動(dòng)才幾106中的每個(gè)定子相都獨(dú)立于SR電動(dòng)才幾106中的其它定子 相。如果定子相中的一相故障，則SR電動(dòng)機(jī)106中的獨(dú)立的定子相使得SR 電動(dòng)機(jī)106能夠在降低的功率繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。返回參考圖3,壓縮機(jī)302壓縮致冷劑蒸汽，并通過排放線將蒸汽傳遞 至冷凝器304。壓縮才幾302優(yōu)選地為離心式壓縮4幾。然而，將理解到，壓縮 機(jī)302能夠是任何適當(dāng)類型的壓縮機(jī)，例如，螺桿式壓縮機(jī)、活塞式壓縮機(jī)、 渦旋式壓縮機(jī)等等。由壓縮機(jī)302傳遞至冷凝器304的致冷劑蒸汽進(jìn)入與流 體(如，空氣或水)的熱交換關(guān)系，并且作為與流體的熱交換關(guān)系的結(jié)果， 經(jīng)歷至致冷液體的相變。來自冷凝器304的冷凝液體致冷劑流經(jīng)膨脹裝置(未 示出)至蒸發(fā)器306。蒸發(fā)器306包括關(guān)于冷卻負(fù)載的供給線和返回線的連接。次級(jí)液體，如， 水、乙烯、氯化4丐卣水或氯化鈉囟水，經(jīng)由返回線行進(jìn)到蒸發(fā)器306，并經(jīng) 由供給線退出蒸發(fā)器306。蒸發(fā)器306中的液體致冷劑進(jìn)入與次級(jí)液體的熱 交換關(guān)系，以降低次級(jí)液體的溫度。作為與次級(jí)液體的熱交換關(guān)系的結(jié)果， 蒸發(fā)器306中的致冷液體經(jīng)歷至致冷劑蒸汽的相變。蒸發(fā)器306中的蒸汽致 冷劑退出蒸發(fā)器306,并由吸入線返回至壓縮機(jī)302,以完成循環(huán)。將理解到 倘若獲得冷凝器304和蒸發(fā)器306中的致冷劑的適當(dāng)?shù)南嘧?，系統(tǒng)300中就 能夠使用冷凝器304和蒸發(fā)器306的任何適當(dāng)?shù)呐渲谩VAC、致冷或液體冷卻器系統(tǒng)300能夠包括圖3中未示出的許多其它特點(diǎn)。已經(jīng)有意地省略了這些特點(diǎn)，以便為了解釋說明的方便而簡化繪圖。此外，盡管圖3闡明了如具有連接在單個(gè)致冷電路中的一個(gè)壓縮機(jī)的HVAC、致 冷或液體冷卻器系統(tǒng)300，將理解到，系統(tǒng)300能夠具有連接在一個(gè)或多個(gè) 致冷電路的每一個(gè)中的、由單個(gè)VSD或多個(gè)VSD提供功率的多個(gè)壓縮機(jī)。返回參考圖2，為了從VSD 104獲得大于VSD l(M的輸入電壓的輸出電 壓，變換器202能夠?yàn)轳詈铣缮龎篋C/DC變換器的二極管或可控硅整流器， 以給DC環(huán)節(jié)204提供經(jīng)升壓的DC電壓。在另一個(gè)例子中，變換器202能夠 為具有絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的脈寬調(diào)制的升壓整流器，以給DC環(huán)節(jié) 204提供經(jīng)升壓的DC電壓，以便從VSD 104獲得大于VSD 104的輸入電壓的 輸出電壓。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，VSD 104能夠提供至少為提供給VSD 104 的固定頻率的兩倍的輸出頻率，并且經(jīng)升壓的DC環(huán)節(jié)204提供用于SR電動(dòng) 機(jī)的、比傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器較高的最大運(yùn)轉(zhuǎn)頻率和較低的電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器 損耗兩者。為了能夠更加有效地使用來自VSD 104的經(jīng)升壓的電壓，SR電動(dòng) 機(jī)106優(yōu)選地具有大于來自AC功率源102的固定線電壓的額定電壓。然而， SR電動(dòng)機(jī)106也能夠具有等于或小于來自AC功率源102的固定線電壓的額 定電壓。除了給DC環(huán)節(jié)204提供經(jīng)升壓的DC電壓以外，變換器202還能夠控制 從AC功率源102所吸取的電流波形的形狀和相角，以改善VSD 104的輸入功 率品質(zhì)。能夠通過評(píng)估兩個(gè)特征來確定輸入功率的品質(zhì)。 一個(gè)特征是從AC功 率源102所吸取的電流的波形的形狀，在波形形狀越靠近或接近理想的正弦 曲線的地方，輸入功率的品質(zhì)越好。另一個(gè)特征是輸入功率的功率因素，即， 所供給的AC輸入電壓與從AC功率源102所吸取的電流的基本諧波分量之間 的相角的余弦，在功率因素越靠近或接近一的地方，輸入功率的品質(zhì)越好。 變換器202能夠控制從AC功率源102所吸取的電流波形的形狀和相角，以致 波形的形狀為正弦曲線，且與AC輸入電壓同相。因而，變換器202使得VSD 104能夠具有經(jīng)改善的輸入功率品質(zhì)。此外，變換器202能夠用來在AC輸入電壓的降低，也稱為電壓跌落期間 改善VSD 104的平穩(wěn)運(yùn)行(ride-through)能力。能夠控制變換器202，以 為DC環(huán)節(jié)204提供基本上獨(dú)立于AC輸入電壓的幅度的期望的或預(yù)定的輸出 電壓。通過提供不依賴于AC輸入電壓的DC電壓，變換器202 (和VSD 104) 不受AC輸入電壓的電壓跌落的影響，并從而為VSD 104提供經(jīng)改善的平穩(wěn)運(yùn)行(ride-through)性能。即使AC輸入電壓已跌落，變換器202也能夠在預(yù) 定的時(shí)間段期間，繼續(xù)為DC環(huán)節(jié)204提供期望的DC電壓，直到在變換器202 中達(dá)到最大的電流限制。變換器202的這種平穩(wěn)運(yùn)行(ride-through)能力 使得VSD 104在AC輸入電壓跌落時(shí)的時(shí)間期間能夠繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不中斷。圖4示出關(guān)于VSD 104的一個(gè)實(shí)施例的電^^圖。在VSD 104的這個(gè)實(shí)施 例中，來自三相AC功率源102的輸入線連接到用來平滑VSD 104的相應(yīng)線中 的電流的電感器434。然后將電感器434的每一個(gè)的輸出提供給變換器202， 以將AC輸入電壓的每相變換為DC功率。另外，VSD 104能夠包括圖4中未 示出的位于電感器434的上游的另外的組件。例如，能夠包括電路斷路器， 當(dāng)過量的電流、電壓或功率提供給VSD 104時(shí)，該電路斷路器能夠從AC功率 源102斷開VSD 104。電路斷路器能夠連接至可選的自耦變壓器。當(dāng)使用時(shí)， 自耦變壓器優(yōu)選地用來將來自AC功率源102的輸入電壓調(diào)節(jié)(或者上或者下) 至期望的輸入電壓。最后，響應(yīng)每條線中的過量的電流，能夠使用關(guān)于每條 線的保險(xiǎn)絲來斷開VSD 104的那個(gè)輸入相或線。VSD 104也能夠包括預(yù)先充電系統(tǒng)(未示出)，其能夠控制DC環(huán)節(jié)電壓 從0V至額定的電壓的上升，以避免能夠損害VSD 104的組件的很大的浪涌電 流。預(yù)先充電系統(tǒng)能夠包括用來連接AC輸入功率源102與變換器202之間或， 有時(shí)，AC輸入功率源102與DC環(huán)節(jié)204之間的預(yù)先充電電阻器的預(yù)先充電 接觸器。這些預(yù)先充電電阻器將浪涌電流限制在可控制的水平。在預(yù)先充電 結(jié)束之后，通過斷開預(yù)先充電接觸器，從電路中排除預(yù)先充電電阻器，并且 通過閉合被稱為供給接觸器的另一個(gè)接觸器，使AC輸入功率源102直接連接 至變換器202。在系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)期間，供給接觸器保持閉合。變換器模塊202包括三對(duì)(對(duì)于每個(gè)輸入相來說一對(duì))功率開關(guān)或晶體 管430。變換器模塊202也包括相應(yīng)的控制接線(為簡單起見未示出)，以控 制功率開關(guān)430的開關(guān)轉(zhuǎn)換。在變換器模塊202的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，功率 開關(guān)為由脈寬調(diào)制技術(shù)所控制的IGBT功率開關(guān)，以產(chǎn)生DC環(huán)節(jié)所期望的輸 出電壓。優(yōu)選地，變換器模塊202能夠如升壓整流器一樣運(yùn)轉(zhuǎn)，以給DC環(huán)節(jié) 204提供經(jīng)升壓的DC電壓，即，大于AC輸入電壓的峰值的電壓，以便從VSD 104獲得大于VSD 104的輸入電壓的輸出電壓。并^:至變換器202的輸出的是DC環(huán)節(jié)204。這個(gè)實(shí)施例中的DC環(huán)節(jié)204 包括電容器432和電阻器(未示出)，以濾波DC功率并存儲(chǔ)來自DC總線412的能量。電阻器能夠起電壓平衡裝置的作用，以在電容器組之間維持大致相等的DC環(huán)節(jié)電壓。電阻器也能夠起電荷損耗裝置的作用，以當(dāng)從AC功率源 102撤銷功率時(shí)，放電電容器組中所存儲(chǔ)的電壓。同樣連接至DC總線412的 是逆變器部分206,其將DC總線412上的DC功率變換為用于SR電動(dòng)機(jī)106 的功率。在圖4中所示的實(shí)施例中，使用三相逆變器部分或模塊206來驅(qū)動(dòng) 三相SR電動(dòng)機(jī)。然而，依賴于SR電動(dòng)機(jī)的相數(shù)，在每個(gè)逆變器模塊內(nèi)，不 同的臂數(shù)是可能的。同樣，能夠添加另外的逆變器模塊206 (以驅(qū)動(dòng)另外的 SR電動(dòng)機(jī))，并且另外的逆變器模塊將具有與圖4中所示的逆變器模塊206 類似的電3各表示。逆變器模塊206的一個(gè)實(shí)施例包括三對(duì)(對(duì)于每個(gè)輸出臂來說一對(duì))絕 緣柵雙極型晶體管(IGBT)功率開關(guān)430和二極管。在一個(gè)逆變器臂中，在 上層與下層IGBT功率開關(guān)之間連接SR電動(dòng)機(jī)106的每個(gè)定子相繞組。在相 同的逆變器臂中的二極管保證當(dāng)IGBT開關(guān)截止時(shí)，SR電動(dòng)機(jī)繞組中所建立 的正電流有流動(dòng)路徑。SR電動(dòng)機(jī)106的相繞組與逆變器206的每臂中的兩個(gè) IGBT開關(guān)的串聯(lián)防止逆變器擊穿的發(fā)生，其為IGBT功率開關(guān)對(duì)中的兩個(gè)IGBT 功率開關(guān)4 3 0都同時(shí)為能傳導(dǎo)的并且直接跨越DC環(huán)節(jié)而連接時(shí)的情形，因而 導(dǎo)致逆變器206中過量的電流。逆變器模塊206也包括相應(yīng)的控制接線(為 簡單起見未示出)，以控制IGBT功率開關(guān)430的開關(guān)轉(zhuǎn)換。如SR電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域 中已知的，存在關(guān)于SR電動(dòng)機(jī)的逆變器的其它可能的實(shí)施例，其中開關(guān)和二 極管數(shù)目不同，且以與上文所描述的一個(gè)不同的方式連接，其能夠用于代替 圖4中所示的逆變器206。通過使用調(diào)制方案，在"導(dǎo)通"或激活的狀態(tài)與"截止"或解激活的狀 態(tài)選擇性地轉(zhuǎn)換逆變器模塊206中的IGBT功率開關(guān)430的每一個(gè)從而從逆變 器模塊206獲得在期望的頻率的期望的電壓處的脈沖，逆變器模塊206將DC 總線412上的DC功率變換成SR電動(dòng)機(jī)所要求的功率。基于調(diào)制方案，控制 面板308將門信號(hào)或開關(guān)信號(hào)提供給IGBT功率開關(guān)430，以在"導(dǎo)通"狀態(tài) 與"截止"狀態(tài)之間切換IGBT功率開關(guān)430。當(dāng)開關(guān)信號(hào)為"高"，即，邏 輯1時(shí)，IGBT功率開關(guān)430優(yōu)選地處于"導(dǎo)通"狀態(tài)，并且當(dāng)開關(guān)信號(hào)為"低"， 即，邏輯O時(shí)，IGBT功率開關(guān)430處于"截止"狀態(tài)。然而，將理解到IGBT 功率開關(guān)430的激活和解激活能夠基于開關(guān)信號(hào)的相反的狀態(tài)。SR電動(dòng)機(jī)106的控制的一個(gè)方面涉及在給定的時(shí)間點(diǎn)的控制信號(hào)的發(fā)出之后SR電動(dòng)才幾106的定子相繞組中的電流的盡快建立。然而，SR電動(dòng)才幾106 的定子相繞組類似于電感器運(yùn)轉(zhuǎn)，即，當(dāng)定子相繞組中建立電流時(shí)，其阻止 定子相繞組中的電流的上升。VSD 104 (具體為逆變器206 )的提供經(jīng)升壓的 電壓給SR電動(dòng)機(jī)106的能力致使當(dāng)與不接收經(jīng)升壓的電壓的電動(dòng)機(jī)相比時(shí)， 電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在較高的最大速度并提供SR電動(dòng)機(jī)106的較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的能 力。SR電動(dòng)機(jī)106的經(jīng)升壓的電壓的應(yīng)用導(dǎo)致定子相繞組中的電流上升和下 降更加迅速(電流的上升的速度與所施加的電壓脈沖的幅度成比例)，并因而 導(dǎo)致SR電動(dòng)機(jī)內(nèi)的定子繞組與轉(zhuǎn)子電極之間所形成的運(yùn)動(dòng)力矩的較迅速的 建立和消除。這導(dǎo)致SR電動(dòng)機(jī)106的較高的最大運(yùn)轉(zhuǎn)速度和改善的較快的控 制，即，較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)(如，較快的加速/減速)。通過用逆變器206給SR電動(dòng)機(jī)106提供經(jīng)升壓的輸出電壓，降低了電動(dòng) 機(jī)電流的RMS值的幅度，對(duì)于給定的電動(dòng)機(jī)功率等級(jí)，該電動(dòng)機(jī)電流近似地 反比例于輸出電壓。電動(dòng)機(jī)電流的這種降低致使SR電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)損耗的降 低，該電動(dòng)機(jī)損耗近似與電動(dòng)機(jī)電流的幅度的平方成比例。SR電動(dòng)機(jī)106中 的電動(dòng)機(jī)損耗的降低致使冷卻器系統(tǒng)300的效率的增加。類似地，通過用變換器202給DC環(huán)節(jié)204提供經(jīng)升壓的DC電壓，降低 了進(jìn)入逆變器206的DC電流的幅度，對(duì)于給定的系統(tǒng)功率等級(jí)，該逆變器電 流近似地反比例于逆變器206的DC輸入電壓。逆變器電流的這種降低致使 VSD 104的逆變器損耗的降低。VSD 104中的逆變器損耗的降低致使冷卻器系 統(tǒng)300的效率的增加。最后，VSD 104的獨(dú)立于線電壓而增加DC環(huán)節(jié)電壓的能力，允許在多種 國外的和國內(nèi)的功率電網(wǎng)上運(yùn)轉(zhuǎn)VSD 104，而不需要相對(duì)于不同的功率源來 改變電動(dòng)才幾106。盡管已經(jīng)參考優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到可 以作各種各樣的改變，并且可以用等同物替換其元素，而不背離本發(fā)明的范 圍。另外，可以作許多更改，以適應(yīng)本發(fā)明的教義的特別的情形或材料，而 不背離其本質(zhì)范圍。因此，其意謂著本發(fā)明并不局限于作為實(shí)施這個(gè)發(fā)明所 期望的最好的模式而公開的特別的實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落于附屬權(quán)利 要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻器系統(tǒng)的壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括變速驅(qū)動(dòng)器，所述變速驅(qū)動(dòng)器配置為接收處于固定的AC輸入電壓和固定的輸入頻率的AC輸入功率，并提供處于可變電壓和可變頻率的輸出功率，所述可變電壓具有幅度大于所述固定AC輸入的最大電壓，以及所述可變頻率具有大于所述固定輸入頻率的最大頻率，所述變速驅(qū)動(dòng)器包括連接到提供所述AC輸入功率的AC功率源的變換器級(jí)，所述變換器級(jí)配置為將所述固定的AC輸入電壓變換為經(jīng)升壓的DC電壓，所述經(jīng)升壓的DC電壓大于所述固定的AC輸入電壓；連接到所述變換器級(jí)的DC環(huán)節(jié)，所述DC環(huán)節(jié)配置為濾波所述經(jīng)升壓的DC電壓，并存儲(chǔ)來自所述變換器級(jí)的能量；和連接到所述DC環(huán)節(jié)的逆變器級(jí)，所述逆變器級(jí)配置為將來自所述DC環(huán)節(jié)的所述經(jīng)升壓的DC電壓變換成為具有所述可變電壓和所述可變頻率的所述輸出功率；和連接到所述逆變器級(jí)并由來自所述逆變器級(jí)的所述輸出功率提供功率的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，所述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)可連接到所述冷卻器系統(tǒng)的壓縮機(jī)，以為所述壓縮機(jī)提供功率。
2. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述經(jīng)升壓的DC電壓為大于所 述固定AC輸入電壓的均方根值的1. 3倍的DC電壓。
3. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述變換器級(jí)包括 整流器；和連接到所述整流器的DC-DC升壓變換器，所述DC-DC升壓變換器配置并 部署為給所述DC環(huán)節(jié)提供所述經(jīng)升壓的DC電壓。
4. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述變換器級(jí)包括具有絕緣柵雙 極型晶體管的脈寬調(diào)制升壓整流器。
5. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)具有大于所 述固定的AC輸入電壓的額定電壓。
6. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述變換器級(jí)配置為控制從所述 AC功率源所吸取的電流波形為具有大致的正弦曲線形狀并基本與所述固定的 AC輸入電壓同相。
7. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述變換器級(jí)配置為基本獨(dú)立于所述固定的AC輸入電壓，給所述DC環(huán)節(jié)提供所述經(jīng)升壓的DC電壓，從而允 許所述變速驅(qū)動(dòng)器在所述固定的AC輸入電壓降j氐的期間內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)預(yù)定時(shí)間。
8. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述逆變器級(jí)配置為響應(yīng)在所述 DC環(huán)節(jié)所出現(xiàn)的所述經(jīng)升壓的DC電壓，減小DC電流的幅度，從而降低所述 變速驅(qū)動(dòng)器中的逆變器損耗。
9. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)配置為響應(yīng) 大于所述固定的AC輸入電壓的所述可變電壓，而具有減小的幅度的RMS值的 電動(dòng)機(jī)電流，從而降低所述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)中的電動(dòng)機(jī)損耗。
10. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)配置為響 應(yīng)幅度大于所述固定的AC輸入電壓的所述可變電壓，而具有運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的較快 建立和消除，從而提供所述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)中的改善的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
11. 一種冷卻器系統(tǒng)，包括連接在閉合致冷環(huán)路中的壓縮機(jī)、冷凝器、和蒸發(fā)器；連接至所述壓縮機(jī)的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，以為所述壓縮機(jī)提供功率；和連接至所述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的變速驅(qū)動(dòng)器，所述變速驅(qū)動(dòng)器配置為接收 處于固定的AC輸入電壓和固定的輸入頻率的AC輸入功率，并給所述開關(guān)》茲 阻電動(dòng)機(jī)提供處于可變電壓和可變頻率的輸出功率，所述可變電壓具有幅度 大于所述固定的AC輸入電壓的最大電壓，以及所述可變頻率具有大于所述固 定的輸入頻率的最大頻率，所述變速驅(qū)動(dòng)器包括連接到提供所述AC輸入功率的AC功率源的變換器級(jí)，所述變換器級(jí)配置為將所述AC輸入電壓變換為經(jīng)升壓的DC電壓，所述經(jīng)升壓的DC電壓大于所述固定的AC輸入電壓；連接到所述變換器級(jí)的DC環(huán)節(jié)，所述DC環(huán)節(jié)配置為濾波所述經(jīng)升壓的DC電壓并存儲(chǔ)來自所述變換器級(jí)的能量；和連接到所述DC環(huán)節(jié)的逆變器級(jí)，所述逆變器級(jí)配置為將來自所述DC環(huán)節(jié)的所述經(jīng)升壓的DC電壓變換成為具有所述可變電壓和所述可變頻率的用于所述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的所述輸出功率。
12. 如權(quán)利要求11所述的冷卻器系統(tǒng)，其中所述經(jīng)升壓的DC電壓為大 于所述固定AC輸入電壓的均方根值的1. 3倍的DC電壓。
13. 如權(quán)利要求11所述的冷卻器系統(tǒng)，其中所述變換器級(jí)包括連接到AC功率源的整流器；和連接到所述整流器的DC-DC升壓變換器，所述DC-DC升壓變換器配置并 部署為給所述DC環(huán)節(jié)提供所述經(jīng)升壓的DC電壓。
14. 如權(quán)利要求11所述的冷卻器系統(tǒng)，其中所述變換器級(jí)包括具有絕緣 柵雙極型晶體管的脈寬調(diào)制升壓整流器。
15. 如權(quán)利要求11所述的冷卻器系統(tǒng)，其中所述開關(guān)》茲阻電動(dòng)機(jī)具有大 于所述固定的AC輸入電壓的額定電壓。
16. 如權(quán)利要求11所述的冷卻器系統(tǒng)，其中所述變換器級(jí)配置為控制從 所述AC功率源所吸取的電流波形為具有大致的正弦曲線形狀并基本與所述 固定的AC輸入電壓同相。
17. 如權(quán)利要求11所述的冷卻器系統(tǒng)，其中所述變換器級(jí)配置為基本獨(dú) 立于所述固定的AC輸入電壓，給所述DC環(huán)節(jié)提供所述經(jīng)升壓的DC電壓，從 而允許所述變速驅(qū)動(dòng)器在所述固定的AC輸入電壓降低的期間內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)預(yù)定時(shí) 間。
18. 如權(quán)利要求11所述的冷卻器系統(tǒng)，其中所述開關(guān)^茲阻電動(dòng)機(jī)配置為腿S值的電動(dòng)機(jī)電流，從而降低所述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)損耗。
19. 如權(quán)利要求11所述的冷卻器系統(tǒng)，其中所述逆變器級(jí)配置為響應(yīng)在 所述DC環(huán)節(jié)所出現(xiàn)的所述經(jīng)升壓的DC電壓，減小DC電流的幅度，/人而降j氐 所述變速驅(qū)動(dòng)器中的逆變器損耗。
20. 如權(quán)利要求11所述的冷卻器系統(tǒng)，其中所述開關(guān),茲阻電動(dòng)機(jī)配置為快建立和消除，從而提供所述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)中的改善的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
全文摘要
為由開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的冷卻器系統(tǒng)提供具有升壓變換器的變速驅(qū)動(dòng)器。升壓變換器能夠?yàn)榫o跟有升壓DC/DC變換器或三相脈寬調(diào)制升壓變換器的二極管或可控硅整流器。升壓變換器給DC環(huán)節(jié)提供經(jīng)升壓的電壓，其致使由變速驅(qū)動(dòng)器的逆變器將經(jīng)升壓的電壓施加于開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)H02P25/08GK101218741SQ200680024707
公開日2008年7月9日 申請日期2006年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月6日
發(fā)明者伊凡·杰德里克, 史蒂芬·H·史密斯, 哈羅德·R·施內(nèi)茨卡 申請人:約克國際公司