CN1171115C - 控制预热功率的方法和提供预热的机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种维持对电动机，尤其是空调器中压缩器电动机预热所需的功耗恒定的方法。将三相电流提供给电动机(30)的变换器(15)的开关控制是按照基于电压(Vm)和电流(Im)的检测值所获得的占空因数由控制电路(20)执行的。这一占空因数随电源电压增大而减小。按照这种方法，能够使电动机有效地预热，而与电源电源的波动无关。

Description

控制预热功率的方法和提供预热的机构
           技术领域
本发明涉及电机，尤其涉及在对空调器的压缩器电机预热中维持恒定功耗的技术。本发明还涉及对由脉宽调制变换器驱动的压缩器电机进行预热的技术。
           背景技术
通常，一直采用润滑油来降低电机轴承的摩擦。在空调器的压缩器电机中也采用这一技术。
空调器中的压缩器电机具体地接触冷却剂并具有这样的特性，在低温下冷却剂在冷却油(这是润滑油)是可溶的。当在低温下被驱动时，空调器中的压缩器电机使低浓度的冷却油旋转。因此，压缩器的滑动部分将由于摩擦而卡住的可能性很大。
为了防止这种问题，一直采用这样一种技术，即在压缩器电机周围提供一曲柄加热器，在电机旋转之前对其进行预热，由此减少冷却油在冷却剂中的溶解性。此外，尤其是针对对由变换器驱动的压缩器电机进行预热的目的，还一直采用这样一种技术，即不采用曲柄加热器，而在电机应当不旋转的条件下将电流从变换器提供给压缩器电机。例如通过增大频率而降低电源电流或者通过采用直流电流来实现使电机不旋转的电流波形。
然而在上述条件下变换器提供电流从而压缩器电机本身预热的技术存在这样一个问题，即对电源的波动很敏感。例如，如果确定电流波形对于200V接收电压给出35W的预热功耗，那么接收电压升高到220V，预热的功耗增大到约42W，即(220/200)2倍。这导致功耗过大。另一方面，接收电压降低到180V，预热功耗降低到约28W，即(180/200)2倍。这导致预热不足，由此使冷却油在冷却剂中的溶解性不能被充分降低的几率提高。
                           发明概要
本发明是鉴于上述情况而作出的，提供一种允许对电动机的预热保持恒定的技术，而与接收电压的波动无关。本发明还提供一种给出恒定预热功率的技术，而与电动机线圈的温度无关。
本发明的第一个方面是针对一种控制预热功率的方法，该方法控制多相电动机(30)的线图(LU、LW)的预热，其中所述多相电动机以开相工作，以产生热。
根据本发明的第二方面，在根据第一方面的控制预热功率的方法中，多相电动机是由变换器(15)驱动的，变换器将电流施加于线圈(LU、LW)，用于对多相电动机的预热；该电流是在多相电动机应当不旋转的条件下在预定时间周期(T)内从变换器提供给多相电动机；以及随着提供给变换器的直流电压(Vm)增大，将占空因数(D)设定为更小的值，该占空因数是指将电压提供给线圈的时间与所述周期之间的比率。
按照本发明的第三方面，在按照第二方面的控制预热功率的方法中，在多相电动机的预热中，所述电流对多相电动机不产生旋转磁场。
按照本发明的第四方面，在按照第一至第三方面之一的控制预热功率的方法中，多相电动机是空调器中的压缩器电动机。
按照本发明的第五方面，在按照第二方面的控制预热功率的方法中，多相电动机是三相电动机；变换器是三相变换器，每一相具有一对正负开关元件(QU、QV、QW、QX、QY和QZ)；以及所述周期包括：第一时间周期(ton)，在这期间第一相(U)的正开关元件(QU)处于导通状态，第二相(W)的负开关元件(QZ)处于导通状态以及第三相(V)的正负开关元件(QV、QY)对于相等的时间长度互补地处于导通状态；和第二时间周期(toff)，在这期间在第一、第二和第三相的所有相中或是正开关元件(QU、QV、QW)处于导通状态或是负开关元件(QX、QY和QZ)处于导通状态。
按照本发明的第六方面，在根据第二和第五方面之一的控制预热功率的方法中，将占空因数设定为已知的经标定电压(Vref)、已知的经标定电流(Iref)和已知的经标定占空因数(D0)的乘积除以施加于电动机的电流(Im)和电压(Vm)的乘积所获得的值。
按照本发明的第七方面，在根据第二方面的控制预热功率的方法中，随多相电动机的温度升高，将占空因数设定为较大的值。
按照本发明的第八方面，在根据第二方面的控制预热功率的方法中，预热是在压缩器的冷却油上进行的。
本发明的第九方面是针对一种预热***，该***包括：具有线圈(LU、LW)的多相电动机(30)；及使所述多相电动机以开相工作以产生热的操作控制单元。
按照本发明的第十方面，在根据第九方面的预热***中，操作控制单元包括一变换器(15)，变换器在多相电动机应当不旋转的条件下在预定时间周期(T)内将电流提供给多相电动机；以及随着提供给变换器的直流电压(Vm)增大，将占空因数(D)设定为更小的值，所述占空因数是指将所述电压提供给所述线圈的时间与所述周期之间的比率。
按照本发明的第十一方面，在根据第十方面的预热***中，在多相电动机的预热中，所述电流对多相电动机不产生旋转磁场。
按照本发明的第十二方面，在根据第九至第十一方面之一的预热***中，多相电动机是空调器中的压缩器电动机。
按照本发明的第十三方面，在根据第十方面的预热***中，多相电动机是三相电动机，变换器是三相变换器，每一相具有一对正负开关元件(QU、QV、QW、QX、QY和QZ)，以及所述周期包括：第一时间周期(ton)，在这期间第一相(U)的正开关元件(QU)处于导通状态，第二相(W)的负开关元件(QZ)处于导通状态以及第三相(V)的正负开关元件(QV、QY)对于相等的时间长度互补地处于导通状态；和第二时间周期(toff)，在这期间在所述第一、第二和第三相的所有相中或是正开关元件(QU、QV、QW)处于导通状态或是负开关元件(QX、QY和QZ)处于导通状态。
按照本发明的第十四方面，在根据第十和第十三方面之一的预热***中，将所述占空因数设定为已知的经标定电压(Vref)、已知的经标定电流(Iref)和已知的经标定占空因数(D0)的乘积除以施加于所述电动机的电流(Im)和电压(Vm)的乘积所获得的值。
按照本发明的第十五方面，在根据第十方面的预热***中，随多相电动机的温度升高，将所述占空因数设定为较大的值。
按照本发明的第十六方面，在根据第十方面的预热***中，预热是在压缩器的冷却油上进行的。
在按照本发明第一方面的控制预热功率的方法中和按照第九方面的预热***中，多相电动机以开相工作以产生热并由此被预热。
在按照本发明第二方面的控制预热功率的方法中和按照第十方面的预热***中，提供给变换器的直流电压的波动通过改变占空因数而得到补偿，用预定功率能够实现预热，而与直流电压的波动无关。这避免了功耗过大以及预热不足。
在按照本发明第三方面的控制预热功率的方法中和按照第十一方面的预热***中，由于没有旋转磁场提供给多相电动机，能够使多相电动机预热而不会旋转。这阻止了这样一种相互矛盾现象的出现，即热产生引起轴承磨损。除此之外能够使声音的产生减至最轻，因为没有利用所谓的“滑动”，这是产生了旋转磁场而电动机不旋转的一个现象。
在按照本发明第四方面的控制预热功率的方法中和按照第十二方面的预热***中，能够降低润滑油在空调器中压缩器电动机接触的冷却剂中的溶解性。这阻止了这样一种情况，其中用冷却油(这是被溶解在冷却剂中并在浓度上降低的润滑油)使电动机旋转，由此轴承将由于摩擦而卡住。
在按照本发明第五方面的控制预热功率的方法中和按照第十三方面的预热***中，在第一周期期间，第三相的正负开关元件对于相等的时间长度互补地处于导通状态；因此基本上没有电流流入到多相电动机的第三相的线圈。在第二周期期间，电动机中第一和第二相的线圈的电感维持在第一周期期间出现的电流流动。于是，电流在相同方向上继续流入到第一和第二相的线圈的串联连接，这容许几乎恒定的电流继续流动到电动机中，而不产生旋转磁场。
在按照本发明第六方面的控制预热功率的方法中和按照第十四方面的预热***中，占空因数是由所要求的功率除以提供给电动机的电流和电压的乘积所获得的值。这允许给出恒定的预热功率，而与提供给电动机的电流和电压的值无关。
随着温度的升高，线圈的直流电阻增大，流入到电动机的电流减小。然而，在按照本发明第七方面的控制预热功率的方法中和按照第十五方面的预热***中，通过增大占空因数能够增大预热功率。于是，预热功率能够设定为所要求的值，而与多相电动机的温度无关。
在按照本发明第八方面的控制预热功率的方法中和按照第十六方面的预热***中，冷却油很难溶解在冷却剂中，因此能够阻止电动机是由浓度上降低的冷却油而旋转的。这阻止压缩器的滑动部分由于摩擦而卡住。
从以下结合附图给出的对本发明的详细描述中，本发明的这些和其他的目的、特征、方面和优点将更加清楚。
                          附图简述
图1是说明本发明第一实施例的电路图。
图2到5是说明本发明第一实施例的操作的电路图。
图6是说明本发明第一实施例的操作的曲线图。
图7是说明本发明第二实施例的电路图。
                     实现本发明的较佳模式
第一实施例
图1是一电路图，表明空调器中的压缩器电动机30及其驱动电路，对其应用本发明第一实施例的控制方法。例如，由众所周知配置的二极管桥式电路11将从三相交流电源10提供的电压转换为具有波纹的直流电流。然后直流电流通过例如输入扼流滤波器并将直流电压施加于变换器15。变换器15在控制电路20的控制下执行脉宽调制的开关并将例如三相交流电压提供给电动机30。
如图1所示，扼流输入滤波器是由一电容器13和一电感器12构成的，电容器有两端，一端连接于二极管桥式电路11的负输出端，而电感器12介于电容器13的另一端与二极管桥式电路11的正输出端之间。二极管桥式电路11的负输出端例如接地。
控制电路20由例如中央处理单元构成并控制变换器15的操作。在正常操作中，变换器15当然地使电动机30旋转，而在预热操作中，变换器15执行电源开关到电动机30，而不使电动机30旋转。控制电路20具有两个模拟输入端口AN0和AN1，前者接收来自电压检测电路21的电压Vm的检测值，后者接收来自电流检测电路22的电流Im的检测值。
电压检测电路21由例如滤波器构成，它测量电感器12与电容器13之间接点处的电压并将其作为电压Vm的检测值输出。电流检测电路22由例如峰值保持电路或者求平均电路构成，它测量二极管桥式电路11的负输出端与变换器15之间流过的电流并将其作为电流Im的检测值输出。对于电流测量，在二极管桥式电路11的负输出端与变换器15之间***一电阻器14，并测量电阻器14上的电压降。只要能够测量提供给电动机30的电压和电流，可以用以上实施例以外的方法作出测量，例如，可以在比二极管桥式电路11更靠近交流电源10的位置上测量电压和电流。
图2至5是说明变换器15操作的电路图，其中为了预热电动机30线圈的目的，提供一直流电流，使得电动机30通过其所谓开相操作产生热。在任何一幅图中，施加在变换器15的正负输入端之间的电压表示为虚电源Ed。晶体管QU、QV、QW、QX、QY和QZ分别是U相的正开关晶体管、V相的正开关晶体管、W相的正开关晶体管、U相的负开关晶体管、V相的负开关晶体管和W相的负开关晶体管。电动机30进一步具有U相线圈LU、V相线圈LV和W相线圈LW的Y连接。
一对晶体管QU和QX、一对晶体管QV和QY、一对晶体管QW和QZ各自串联连接在变换器15的正负输入端之间。在每一相中，连接是建立在晶体管对与电动机30的线圈的接点之间的。在每一对中，正负开关晶体管决不同时被导通。给出本实施例的描述没有参考所谓的死时间，在这期间正负晶体管同时均截止。
在附图中，粗实线和细实线二者均表示导通路径，虚线表示非导通路径。粗实线表示电流实际上流过的路径，而细实线表示电流不是实际上流过的路径。以下，本实施例说明电流基本上从U相流到V相的情况，但是不用说这些相可以是两相的任何其他组合。
图2、3、4和5分别示出响应于电压矢量V0、V4、V6和V7的电流流动的路径。电压矢量Vk的表示可以从k＝22BU+21BV+20BW确定，这里BU、BV和BW分别是U、V和W相的变量，每一个表示正开关晶体管的“导通”状态为1的值而负正关晶体管的“导通”状态为0的值。从这样一个电压矢量到另一个矢量的过渡是通过控制电路20实现的，控制电路20控制施加于开关晶体管QU、QV、QW、QX、QY和QZ的栅极的电压。
参考图2，在U、V和W相的任一相中，负开关晶体管QX、QY和QZ处于导通状态，因此，没有电压施加于电动机30。然而，电动机30的U相线圈LU、V相线圈LV和W相线圈LW响应于其他电压矢量而维持电流流动。在以下所述的电压矢量形式中，电流从U相线圈LU流到W相线圈LW，因此这种电流流动的维持示于图2中。
参考图3，U相的正开关晶体管QU以及V和W相的负开关晶体管QY、QZ处于导通状态。因此，电压Ed施加于U相线圈LU与W相线圈LW之间的串联连接。同时，电压Ed还施加于U相线圈LU与V相线圈LV之间的串联连接。因此，瞬时电流能够从U相线圈LU流到V相线圈LV。
参考图4，U和V相的正开关晶体管QU和QV以及W相的负开关晶体管QZ处于导通状态。因此，电压Ed施加于U相线圈LU与W相线圈LW之间的串联连接，同时，电压Ed还施加于V相线圈LV与W相线圈LW之间的串联连接。因此，瞬时电流能够从V相线圈LV流到W相线圈LW。
参考图5，在U、V和W相的任何一相中，正开关晶体管QU、QV、QW处于导通状态，因此，没有电压施加于电动机30。然而，与在电压矢量V0的情况中一样，维持从U相线圈LU到W相线圈LW的电流流动，这示于图5中。
这四个电压矢量形式通过变换器15被周期地重复。在电压矢量V4和V6的情况中，电流到V相线圈LV的流动在方向上相反。因此，如果在上述两种情况中对于相等的时间长度驱动变换器15，以及四个电压矢量形式以相同频率重复，那么因感应而几乎没有电流流动到V相线圈LV。于是，当电流从U相线圈LU流动到W相线圈LW时，基本上没有电流流动到V相线圈LV。
如果四个电压矢量形式V0、V4、V6和V7以这一次序以周期T重复，那么在电压矢量V0和V7的整个周期期间没有电压施加于电动机30，而在电压矢量V4和V6的整个周期期间电压Ed施加于电动机30。除此之外，尽管电流继续流动到电动机30，但是不提供旋转磁场，因此电动机30没有旋转而产生热。这阻止这种热产生引起轴承磨损并由此允许电动机30中冷却油的预热的这种相互对立现象的发生。
图6是表明施加于U与W相之间串联连接，即U相线圈LU与W相线圈LW之间的电压随时间变化的曲线图。周期ton是实现电压矢量V4和V6的周期之和，而周期toff是实现电压矢量V0和V7的周期之和。换句话说，周期ton是U相正开关晶体管QU和W相负开关晶体管QZ处于导通状态以及V相的正负开关晶体管QV和QY等时间长度互补地处于导通状态的周期。周期toff是在所有的相中或者正开关晶体管QU、QV、QW都处于导通状态或者负开关晶体管QX、QY和QZ都处于导通状态的周期。如上所述，没有参考死时间，以下方程式成立：T＝ton+toff。在周期T期间电压Ed接通的占空因数能够表示为D＝ton/T。
现在，把预热所需的功耗预先确定为Wref。此外，将200V的接收电压的电压Vm和电流Im检测值预先存储在控制电路20中，分别作为标定的电压Vref和标定的电流Iref。通过控制变换器15给出所需功耗Wref，D＝Wref/(Vref·Iref)是需要的，因为假设电动机30平均地接收(Vref·D)的电压，电流Iref在所有周期上连续地流过。这时占空因数D的值作为标定的占空因数D0也被存储。即，当接收电压是预定电压时，占空因数D变化，而测量被电动机30所消耗的预热功率，由此在预热功率Wref时的占空因数D和电流Im的检测值被定义为标定的占空因数D0和标定的电流Iref。
在这种标定后的预热中，将占空因数D控制到等于D0×(Vref·Iref)/(Vm·Im)。这给出D·Vm·Im＝D0·Vref·Tref＝Wref，由此允许产生所需预热功率。正如前面描述的，分别经模拟输入端口AN0和AN1将电压Vm和电流Im的检测值给出到控制电路20中，将标定的占空因数D0、标定的电流·Iref和标定的电压Vref存储在控制电路20中。因此，如果控制电路20控制实现电压矢量V0、V4、V6和V7的周期，占空因数D能够按照上述方程式变化。
按上述运作，即使电压Vm和电流Im的检测值随接收电压的波动而变化，这些变化能够通过占空因数D被消除。这允许具有恒定功耗Wref的预热，即既避免过高功耗又避免预热不足。
虽然参考实施例已经描述了本发明，该实施例采用并不产生旋转磁场的电压矢量形式，即使产生旋转磁场，电压矢量的过渡应当在不使电动机30旋转的频率下进行。然而，这这种情况中，会出现所谓的“电动机滑动”，由此电动机的声音便得更响。从这一点上，本实施例是更有利的。
第二较佳实施例
图7是表明空调器中压缩器电动机30及其驱动电路的电路图，将本发明第二实施例的方法应用于该压缩器电动机。本实施例不同于第一实施例的区别在于，电动机31包括一温度传感元件31，控制电路20从其接收数据。
电动机30的阻抗幅度通常可以表示为Z＝(ω2L2+R2)1/2，式中R是电动机的线圈的直流电阻，L是电感，ω是给定电流的频率。如果电流流动与第一实施例一样是恒定的，那么通过直流电阻R能够粗略地确定阻抗。
这里，线圈的直流电阻R具有温度依赖性，它随温度升高而增大。因此，电压Vm的检测值是常量的地方，电流Im的检测值随温度升高而降低，而在占空因数D也是常量的地方，预热功率也降低。对预热的补偿甚至能够用电动机30阻抗的这种温度偏差作出。
更具体地说，电动机30的温度是通过温度传感元件31测量的，将获得的数据发送到控制电路20。通过事先把直流电阻R的温度依赖关系输入到控制电路20，能够行使控制，通过增大占空因数的值，例如从温度传感元件31获得的增大的温度，消除温度依赖性。增大占空因数值的理由是增大施加于电动机的电压平均值，以及由此增大预热功率。即，能够将预热功率设定到所要求的值上，而不管电动机30的温度如何。
这一技术也可应用于将交流电流施加于电动机30用于产生热的情况。
虽然本发明已经作了说明和详细描述，以上的描述在各方面只是为了说明而非限制。因此应当理解能够作出众多的改进和变化，而不偏离本发明的范围。

Claims (14)

1.一种控制预热功率的方法，所述方法控制多相电动机(30)的线圈(LU、LW)的预热，其特征在于：
所述多相电动机以开相工作，以产生热，
所述多相电动机是由变换器(15)驱动的，
所述变换器将电流施加于所述线圈(LU、LW)，用于对所述多相电动机的所述预热，
所述电流是在所述多相电动机应当不旋转的条件下在预定时间周期(T)内从所述变换器提供给所述多相电动机，及
随着提供给所述变换器的直流电压(Vm)增大，将占空因数(D)设定为更小的值，所述占空因数是指将所述电压提供给所述线圈的时间与所述周期之间的比率。
2.如权利要求1所述的控制预热功率的方法，其特征在于：
在所述多相电动机的所述预热中，所述电流对所述多相电动机不产生旋转磁场。
3.如权利要求1或2所述的控制预热功率的方法，其特征在于：
所述多相电动机是空调器中的压缩器电动机。
4.如权利要求1所述的控制预热功率的方法，其特征在于：
所述多相电动机是三相电动机，
所述变换器是三相变换器，每一相具有一对正负开关元件(QU、QV、QW、QX、QY和QZ)，及
所述周期包括：
第一时间周期(ton)，在这期间第一相(U)的所述正开关元件(QU)处于导通状态，第二相(W)的所述负开关元件(QZ)处于导通状态，以及第三相(V)的所述正负开关元件(QV、QY)对于相等的时间长度互补地处于导通状态；
第二时间周期(toff)，在这期间在所述第一、第二和第三相的所有相中或是所述正开关元件(QU、QV、QW)处于导通状态或是所述负开关元件(QX、QY和QZ)处于导通状态。
5.如权利要求1或4所述的控制预热功率的方法，其特征在于：
将所述占空因数设定为已知的经标定电压(Vref)、已知的经标定电流(Iref)和已知的经标定占空因数(D0)的乘积除以施加于所述电动机的电流(Im)和电压(Vm)的乘积所获得的值。
6.如权利要求1所述的控制预热功率的方法，其特征在于：
随所述多相电动机的温度升高，将所述占空因数设定为较大的值。
7.如权利要求1所述的控制预热功率的方法，其特征在于：
所述预热是对压缩器的冷却油进行的。
8.一种预热***，其特征在于所述***包括：
具有线圈(LU、LW)的多相电动机(30)；及
使所述多相电动机以开相工作以产生热的操作控制单元，
所述操作控制单元包括一变换器(15)，
所述变换器在所述多相电动机应当不旋转的条件下在预定时间周期(T)内将电流提供给所述多相电动机，及
随着提供给所述变换器的直流电压(Vm)增大，将占空因数(D)设定为更小的值，所述占空因数是指将所述电压提供给所述线圈的时间与所述周期之间的比率。
9.如权利要求8所述的预热***，其特征在于：
在所述多相电动机的所述预热中，所述电流对所述多相电动机不产生旋转磁场。
10.如权利要求8或9所述的预热***，其特征在于：
所述多相电动机是空调器中的压缩器电动机。
11.如权利要求8所述的预热***，其特征在于：
所述多相电动机是三相电动机，
所述变换器是三相变换器，每一相具有一对正负开关元件(QU、QV、QW、QX、QY和QZ)，及
所述周期包括：
第一时间周期(ton)，在这期间第一相(U)的所述正开关元件(QU)处于导通状态，第二相(W)的所述负开关元件(QZ)处于导通状态，以及第三相(V)的所述正负开关元件(QV、QY)对于相等的时间长度互补地处于导通状态；
第二时间周期(toff)，在这期间在所述第一、第二和第三相的所有相中或是所述正开关元件(QU、QV、QW)处于导通状态或是所述负开关元件(QX、QY和QZ)处于导通状态。
12.如权利要求8或11所述的预热***，其特征在于：
将所述占空因数设定为已知的经标定电压(Vref)、已知的经标定电流(Iref)和已知的经标定占空因数(D0)的乘积除以施加于所述电动机的电流(Im)和电压(Vm)的乘积所获得的值。
13.如权利要求8所述的预热***，其特征在于：
随所述多相电动机的温度升高，将所述占空因数设定为较大的值。
14.如权利要求8所述的预热***，其特征在于：
所述预热是对压缩器的冷却油进行的。
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