控制压缩机电动机的系统和方法与流程

本公开涉及控制压缩机电动机的系统和方法，特别是改变该电动机的运行参数以增加压缩机的排放流的热量从而精炼从该排放流回收的润滑剂。

背景技术：

压缩机通常包括由电动机驱动的旋转部件。电动机由定子和转子部件定义。该旋转部件通常由轴承支撑并允许由轴承旋转，同时对该轴承进行润滑以促进旋转。例如，螺杆压缩机具有一个或多个转子，该转子经由连接到电动机的轴驱动。在运行中，压缩机的排放包括来自轴承的润滑剂，该轴承支撑并允许该轴旋转以驱动转子和/或来自该转子本身的旋转。典型地，润滑剂通过位于该压缩机排放下游的分离器与该压缩机的排放流分离，并且回收的润滑剂被引导回到轴承。

技术实现要素：

本公开涉及控制压缩机电动机的系统和方法，特别是改变该电动机的运行参数以增加压缩机的排放流的热量从而精炼从该排放流回收的润滑剂。

压缩机系统通常包括驱动该压缩机的电动机。电动机可以从驱动器接收动力，而由该驱动器提供的动力控制该电动机的运行。压缩机包括由轴承支撑的旋转部件。轴承用润滑剂润滑。轴承处的润滑剂暴露于通过压缩机的制冷剂流中，并且一些润滑剂在压缩机的排放流中被带走。该润滑剂可以在压缩机排放口下游的润滑剂分离器处回收，并返回到轴承。润滑剂的质量(例如，溶解在润滑剂中的制冷剂的质量分数)可能受其温度影响，并且润滑剂的温度与压缩机的排放过热度有关。

压缩机电动机的高效运行可以减少该电动机散发的热量。在这些高效运行过程中，这会导致排放温度低。压缩机在低压比下运行，并且在可变容积压缩机中，低容积比也会导致压缩机排放过热度降低。此外，许多现代制冷剂趋于在润滑剂中具有较高的溶解度，并且对润滑剂的流变性质和/或润滑剂质量(例如，溶解在润滑剂中的制冷剂的质量分数)的维护要求更高。加热润滑剂可以帮助改善润滑剂质量和/或流变性质，并且当压缩机系统在压缩机运行图的某些部分(例如，可变容积压缩机中的低压比和/或低容积比)运行时使润滑剂能够提供足够的润滑。增加压缩机的排放过热度是一种加热润滑剂以通过改善润滑剂与制冷剂的分离、减少润滑剂稀释而精炼润滑剂的方法。

电动机和驱动器运行会向压缩机系统中的制冷剂提供热量，从而导致压缩机排放处的温度升高。电动机和驱动器的运行可能导致电动机效率低下，从而导致产生废热损失。例如，如果制冷剂在进入压缩机的吸入口之前用于电动机冷却，则来自该电动机的废热可以传递到进入压缩机的制冷剂中。电动机运行中的损失可以与驱动效率的提高相平衡，该驱动效率的提高是在某些条件下在压缩机运行图的更有效部分处的运行所导致的。因此，通过使用被选择为润滑剂提供热量的运行参数可以提高整体效率，即使在运行参数针对电动机效率而言不是最佳的情况下也是如此。

根据实施例的压缩机系统包括：压缩机，包括一个或多个轴承、一个或多个旋转部件、吸入口和排放口；电动机，与该一个或多个旋转部件中的至少一个耦接；驱动器，为电动机和控制器提供动力。控制器与驱动器连接。控制器被配置为基于润滑条件来改变一个或多个驱动参数。改变该一个或多个驱动参数增加电动机和驱动器中至少一个所产生的热量。

在实施例中，该一个或多个驱动参数包括脉冲宽度调制切换频率和脉冲宽度调制频率切换模式中的至少一个。在实施例中，改变脉冲宽度调制切换频率和脉冲宽度调制频率切换模式增加电动机的温度。

在实施例中，该一个或多个驱动参数包括电动机和驱动器的转矩/安培比。在实施例中，改变电动机和驱动器的转矩/安培比包括以下至少一项：调整感应饱和曲线、调整反电动势(emf)常数或将高频分量注入波形。

在实施例中，压缩机系统还包括制冷剂流路，该制冷剂流路被配置为向压缩机的吸入口输送制冷剂流，并且电动机位于相对于制冷剂流在吸入口上游的制冷剂流路中。

在实施例中，控制器被配置为基于压缩机速度、压缩机压力比和压缩机容积比中的至少一项来改变该一个或多个驱动参数。

在实施例中，压缩机系统包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置为测量一个或多个润滑剂度量，并且控制器被配置为基于该一个或多个润滑剂度量来改变该一个或多个驱动参数。在实施例中，该一个或多个润滑剂度量包括在压缩机的排放口处的排放过热度。

根据实施例，一种运行压缩机系统的方法，该压缩机系统包括压缩机、电动机和驱动器，该方法包括基于润滑条件确定是否要精炼润滑剂。当要精炼润滑剂时，该方法通过为电动机和驱动器中的至少一个确定一个或多个调整后的驱动参数来继续，其中，该一个或多个调整后的驱动参数增加电动机和驱动器中的至少一个所产生的热量。该方法还包括基于该一个或多个驱动参数来运行电动机和驱动器。

在实施例中，润滑条件是压缩机的运行状态。在实施例中，压缩机的运行状态包括压缩机速度、压缩机压力比和压缩机容积比中的至少一项。

在实施例中，该方法还包括：使用位于压缩机系统内或压缩机系统上的一个或多个传感器来测量至少一个润滑剂度量，并且基于该润滑剂度量来确定润滑条件。在实施例中，润滑剂度量是压缩机的排放过热度。在实施例中，润滑剂度量是粘度。在实施例中，润滑剂度量包括温度和压力。在实施例中，润滑剂度量包括轴承腔压力。在实施例中，润滑剂度量是润滑剂的折射率。

在实施例中，该一个或多个调整后的驱动参数包括脉冲宽度调制切换频率和脉冲宽度调制频率切换模式中的一个或多个。在实施例中，脉冲宽度调制切换频率和脉冲宽度调制频率切换模式中的一个或多个增加压缩机的电动机的定子的温度。

在实施例中，该方法还包括：在制冷剂流进入压缩机的吸入口之前，引导该制冷剂流流过电动机的定子。

在实施例中，该一个或多个调整后的驱动参数包括驱动器和电动机的转矩/安培比。在实施例中，调整后的驱动参数包括以下至少一项：感应饱和曲线、反电动势(emf)常数和波形中的高频注入。

在实施例中，确定一个或多个调整后的驱动参数包括参考查询表，该查询表将润滑剂度量与该一个或多个驱动参数相关联。

附图说明

图1示出了根据实施例的包括压缩机的制冷剂回路的框图。

图2示出了根据实施例的方法的流程图。

具体实施方式

本公开涉及控制压缩机电动机的系统和方法，特别是改变该电动机的运行参数以增加压缩机的排放流的热量从而精炼从该排放流回收的润滑剂。

图1示出了根据实施例的包括压缩机102的制冷剂回路100。制冷剂回路100还包括冷凝器104、膨胀设备106和蒸发器108。被压缩机102压缩的制冷剂通过制冷剂流路126向冷凝器104、膨胀设备106(例如，膨胀阀、节流孔或其他可以减小制冷剂压力的膨胀器)和蒸发器108流动，然后经由制冷剂流路126返回压缩机102。制冷剂回路100可以用于例如加热、通风、空调和制冷(hvacr)系统中。

压缩机102包括吸入口110和排放口112。制冷剂经由吸入口110进入压缩机102，并在排放口112处从压缩机排出。压缩机102包括轴承腔128，其中，轴承130允许压缩机102的部件旋转。压缩机102可以是螺杆压缩机，其中，旋转部件是转子，该转子被旋转以在转子的凸角和凹槽之间形成压缩室。压缩机102可以是变速螺杆压缩机。压缩机102还可以具有可变的容积比。压缩机102可以是涡旋压缩机，例如，变速涡旋压缩机。压缩机102由电动机114运行，该电动机114从驱动器116接收动力。驱动器116与控制器118连接。传感器124可以沿着制冷剂回路100设置或位于压缩机102处，例如，沿着制冷剂流路126设置，位于吸入口110处、排放口112处，或在压缩机102内。

在实施例中，电动机114是ac电动机。电动机114从驱动器116接收动力。电动机114从驱动器116接收的动力可以是ac信号。电动机114接收的动力可以是例如通过dc功率的脉冲宽度调制产生的ac电流的模拟正弦波。电动机114包括与压缩机102的轴连接的转子134和从驱动器接收动力并使转子134旋转的定子132。定子132在运行期间例如由于定子132的绕组和/或背铁处的电阻损耗而产生热量，并且热量和损耗的量可以基于所提供的动力的模拟ac正弦波的特性而变化。定子132可以是例如随机缠绕、形式缠绕、开关磁阻或其他形式的定子。转子134也可以在运行期间例如由于转子134中的涡流的电阻损耗而产生热量。转子134可以是例如感应转子、内部和/或外部永磁体转子、开关磁阻转子等。在实施例中，压缩机102的吸入气流作为对定子132和转子134的冷却剂流过电动机114，因此可以通过在定子132和/或转子134处加热来增加进入压缩机的制冷剂的温度。在实施例中，电动机114的定子132和转子134可以沿着制冷剂流路126设置在压缩机102的吸入口110的上游。在实施例中，电动机114可以通过护套冷却流路来冷却，其中，定子132的外径上的通道允许制冷剂流入和流出定子132的护套。在实施例中，电动机114可以由定子叠片流路来冷却，其中，通道被冲压成定子叠片，从而允许气体注入并流过定子铁。

驱动器116通过控制向电动机114的动力供应来控制电动机114的运行。驱动器116使用脉冲宽度调制来模拟ac正弦波，并且向电动机114输出ac正弦波以在期望的运行参数(例如，特定速度)下运行电动机114。驱动器116可以是例如变速驱动器。向电动机114输出的ac正弦波的参数可以由脉冲宽度调制模式和脉冲宽度调制频率来控制。在实施例中，脉冲宽度调制模式可以是对每个单独的驱动相位输出的控制，以实现期望的三相线间电压波形。脉冲宽度调制频率可以是执行脉冲宽度调制模式的速率。

控制器118通过提供参数(包括频率、幅度和相对于驱动器116输出的ac正弦波的转子134的旋转位置的取向)来向电动机114引导驱动器116的动力供应。控制器118可以选择驱动器116使用的脉冲宽度调制模式和脉冲宽度调制频率，以生成向电动机114提供的ac正弦波。

在实施例中，控制器118可以基于压缩机的运行条件控制脉冲宽度调制模式和/或脉冲宽度调制频率。当压缩机102在正常条件下运行时，可以使用减小电动机114中的定子和/或转子损耗的标准脉冲宽度调制模式和/或频率，例如，当压缩机102是可变容积压缩机时，其速度和容积比在某些负载条件下例如通过阈值或控制器118参考的查询表如此定义。当压缩机102是可变容积压缩机时，在例如低压比和/或低容积比的条件下，可以使用增加定子132和/或转子134处的损耗的修改的脉冲宽度调制模式或频率。低压和/或容积比可以由控制器118参考的查找表、阈值等来定义。

控制器118还可以与一个或多个传感器124连接，该传感器124测量与润滑剂的流变性质和/或润滑剂质量相关联的一个或多个特性，例如，排放过热度和/或与压缩机102中润滑剂的润滑剂有效性相关联的特性(例如，流变性质，诸如粘度或粘度比)。由传感器124测量的一个或多个特性可以包括：例如，在压缩机吸入时、压缩机排放时和/或压缩机的轴承腔128内的压力和/或温度读数；润滑剂的折射率；润滑剂的粘度等。控制器118可以基于该一个或多个特性来确定润滑剂流变性质和/或润滑剂质量。在实施例中，润滑剂质量可以是基于压缩机的排放过热度的估计。控制器118可以将流变性质和/或润滑剂质量与目标值进行比较。当润滑剂质量和/或润滑剂有效性未达到或超过目标值时，控制器118可以例如通过增加压缩机102的排放过热度来调整驱动器116的运行以影响润滑剂质量和/或润滑剂有效性。在实施例中，控制器118可以集成到驱动器116中。

在实施例中，控制器118可以基于压缩机的运行条件、润滑剂流变性质和/或润滑剂质量，代替或除了改变脉冲宽度调制模式和/或频率之外，改变驱动器116和电动机114运行的其他参数。控制器118可以引导降低驱动器116和电动机114的转矩-安培度量的改变，诸如对以下的改变：感应饱和曲线和/或反电动势(emf)常数、将高频信号注入到波形中或其他这样的动作。这些改变使电动机失谐，从而增加电动机114和驱动器116处的损耗，并因此产生热量，例如，该热量可以被传递到吸入压缩机102的制冷剂流(当该制冷剂流用作驱动器116和电动机114的冷却剂时)。

润滑剂分离器120可以在沿着压缩机的排放流路上设置，例如设置在压缩机102的排放口112和冷凝器104之间。润滑剂分离器120从压缩机102排放的制冷剂流中去除润滑剂。润滑剂可以返回到压缩机102，例如返回到压缩机的轴承腔128。在润滑剂分离器120处回收的润滑剂的质量(例如，润滑剂与制冷剂的质量分数)可能受到例如润滑剂温度的影响。通过润滑剂分离器120从制冷剂流中去除的润滑剂可以导向润滑剂存储器122。润滑剂存储器122可以是包括在润滑剂分离器120中的润滑剂油槽，或者是油库或其他流体存储器。

图2示出了根据实施例的方法200的流程图。方法200开始于确定是否要精炼润滑剂202。当在202中确定要精炼润滑剂时，在204中确定调整后的驱动参数。在206中，在驱动器处实现在204中确定的调整后的驱动参数。当检测到压缩机运行状态已经改变(208)时，方法200可以周期性地或者可选地迭代。

基于润滑条件在202中确定是否要精炼润滑剂。

在实施例中，润滑条件是压缩机的运行状态，包括例如压缩机的容积比、速度、节能器状态、机械卸载器状态和/或压力比。压缩机的某些运行状态可能与不良的润滑剂流变性质和/或低润滑剂质量条件有关。在实施例中，运行状态可以例如通过查询表或运行图与这些条件相关联。可以将压缩机的运行状态与和不良的润滑剂流变性质、低润滑剂质量和/或增加的润滑有效性阈值相关联的运行状态进行比较，以确定是否要精炼润滑剂。

在实施例中，用于确定是否要精炼润滑剂的润滑条件是一个或多个润滑剂度量。可以将润滑剂量度与该润滑剂量度的阈值进行比较。一个或多个润滑剂度量可以包括以下一个或多个：例如，压缩机的排放过热度、来自压缩机的轴承腔的温度读数、压缩机的轴承腔处的压力和温度、润滑剂的粘度、润滑剂的折射率或其他反映或能够用于确定润滑剂流变性质和/或润滑剂质量的测量值。阈值可以是例如预定值。预定值可以基于例如驱动效率和/或对轴承可靠性和/或寿命的预测影响。

在204中确定调整后的驱动参数。调整后的驱动参数可以是一个或多个影响驱动器和/或电动机损耗的参数，该参数可能导致向压缩机中制冷剂提供的热量发生变化，并导致压缩机排放温度升高。在实施例中，使用查询表来确定204调整后的驱动参数，该查询表包括针对特定压缩机运行条件(例如，压缩机速度、压力比和/或容积比)的调整后的驱动参数。在实施例中，基于与润滑剂的质量和/或有效性有关的参数(例如，排放过热度)，计算调整后的驱动参数。具有在204中确定的调整值的驱动参数的示例包括：例如，驱动器向电动机提供的动力信号(例如，脉冲宽度调制切换频率和/或脉冲宽度调制频率切换模式)、高频注入、和/或驱动器和电动机的转矩/安培比。在204中的调整后的驱动参数可以降低压缩机的电动机和/或驱动器本身的效率，以产生向通过压缩机的制冷剂提供的额外热量。

在实施例中，向电动机提供的动力的脉冲宽度调制可以用于控制该电动机。脉冲宽度调制包括根据模式和频率提供dc电源，以模拟ac电源正弦波。所使用的模式或频率可以变化以引入额外的定子和/或转子损耗，从而导致电动机产生的热量超过产生的正常热量水平。在实施例中，可以减小脉冲宽度调制切换频率。在实施例中，脉冲宽度调制切换模式可以从连续模式改变为不连续模式，以将谐波失真引入向电动机提供的正弦波中。

在驱动参数包括驱动器和电动机的转矩/安培比的实施例中，可以通过例如调整电动机的感应饱和曲线或反电动势(emf)常数和/或通过将高频分量注入波形中来调整转矩/安培比。这些改变的驱动参数可以被预编程、被选择以供控制器118实施，并且当控制器118将这种改变导向驱动参数时在驱动器(例如，驱动器116)处实施。

在实施例中，在204中确定的调整后的驱动参数可以是脉冲宽度调制切换频率、脉冲宽度调制频率切换模式和/或从驱动器向电动机传递的转矩/安培比。在实施例中，在204中可以确定脉冲宽度调制切换频率和脉冲宽度调制频率切换模式，然后与排除的脉冲宽度调制切换频率和脉冲宽度调制频率切换模式进行比较。可以基于声学、控制稳定性、定子过热或其他此类问题的预测或实际测试来确定该排除的脉冲宽度调制切换频率和脉冲宽度调制频率切换模式，并存储在查询表中。当在204中确定的脉冲宽度调制切换频率和脉冲宽度调制频率切换模式被确定为在所定义的排除值之内时，可以转而通过确定从驱动器向电动机传递的调整后的转矩/安培比来继续在204中确定调整后的驱动参数，并且在206中，在不改变脉冲宽度调制切换频率和脉冲宽度调制频率切换模式的情况下，实现从驱动器向电动机传递的调整后的转矩/安培比。

在206中，在驱动器处实现调整后的驱动参数。在调整后的运行参数是脉冲宽度调制切换模式和/或脉冲宽度调制频率的实施例中，驱动器通过使用调整后的脉冲宽度调制切换模式和/或频率进行运行来向电动机提供更新的模拟ac正弦波。在调整后的驱动参数包括驱动器和电动机的转矩/安培比的实施例中，电动机和驱动器以调整后的感应饱和曲线或反电动势(emf)常数来运行。

在实施例中，当在206中在驱动器处实施驱动参数时，电动机在运行期间产生额外的热量。在实施例中，电动机的定子和/或转子具有作为冷却剂流过该电动机的定子和/或转子的压缩机吸入流，并且将该定子和/或转子处的多余热量向进入压缩机的吸入流传递。吸入时增加的热量导致排放温度升高和排放过热度增加，这可以改善压缩机系统的排放流中润滑剂和制冷剂的分离并提高质量，从而提高回收的润滑剂的有效性。

在实施例中，方法200周期性地迭代，例如，在预定的时间段内已实现了在206调整后的驱动参数后返回到202。在实施例中，可以检测208润滑条件的改变(例如，对润滑剂质量度量和压缩机运行状态中的一个或多个的改变)，并且当在208中检测到润滑剂质量度量或压缩机运行状态的改变时，该过程返回到202。

各个方面：

应当理解，方面1-9中的任何一项可以与方面10-19中的任何一项组合。

方面1，一种压缩机系统，包括：

压缩机，包括一个或多个轴承、由所述一个或多个轴承支撑的一个或多个旋转部件、吸入口和排放口；

电动机，与所述一个或多个旋转部件中的至少一个耦接；

驱动器，为所述电动机提供动力；以及

控制器，连接到所述驱动器，并被配置为基于润滑条件来改变一个或多个驱动参数，其中，改变所述一个或多个驱动参数增加所述电动机和所述驱动器中至少一个所产生的热量。

方面2，根据方面1所述的压缩机系统，其中，所述一个或多个驱动参数包括脉冲宽度调制切换频率和脉冲宽度调制频率切换模式中的至少一个。

方面3，根据方面2所述的压缩机系统，其中，改变所述脉冲宽度调制切换频率和所述脉冲宽度调制频率切换模式使所述电动机的温度升高。

方面4：根据方面1-3中任一项所述的压缩机系统，其中，所述一个或多个驱动参数包括所述电动机和所述驱动器的转矩/安培比。

方面5，根据方面4所述的压缩机系统，其中，改变所述电动机和所述驱动器的转矩/安培比包括以下至少一项：调整感应饱和曲线、调整反电动势(emf)常数和注入高频分量。

方面6，根据方面1-5中任一项所述的压缩机系统，还包括制冷剂流路，所述制冷剂流路被配置为向所述压缩机的吸入口输送制冷剂流，并且其中，所述电动机的定子和转子中的至少一个位于相对于所述制冷剂流在吸入口上游的所述制冷剂流路中。

方面7，根据方面1-6中任一项所述的压缩机系统，其中，所述控制器被配置为基于压缩机速度、压缩机压力比、机械卸载器状态和压缩机容积比中的至少一个来改变所述一个或多个运行参数。

方面8，根据方面1-7中任一项所述的压缩机系统，还包括一个或多个传感器，所述传感器被配置为测量一个或多个润滑剂度量，并且其中，所述控制器被配置为基于所述一个或多个润滑剂度量来改变所述一个或多个运行参数。

方面9，根据方面8所述的压缩机系统，其中，所述一个或多个润滑剂度量包括在所述压缩机的排放口处的排放过热度。

方面10，一种运行压缩机系统的方法，所述压缩机系统包括压缩机、电动机和驱动器，所述方法包括：

基于润滑条件确定是否要精炼润滑剂；

当要精炼所述润滑剂时，确定一个或多个调整后的驱动参数，其中所述一个或多个调整后的驱动参数增加所述电动机和/或驱动器中的至少一个所产生的热量；以及

基于一个或多个驱动参数运行所述电动机和所述驱动器。

方面11，根据方面10所述的方法，其中，所述润滑条件是所述压缩机的运行状态，并且其中，所述运行状态包括压缩机速度、压缩机压力比和压缩机容积比中的至少一项。

方面12，根据方面10所述的方法，还包括：使用位于所述压缩机系统内或压缩机系统上的一个或多个传感器来测量至少一个润滑剂度量，并且其中，所述润滑条件是基于所述润滑剂度量来确定的。

方面13，根据方面12所述的方法，其中，所述润滑剂度量是所述压缩机的排放过热度。

方面14，根据方面10-13中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个调整后的驱动参数包括脉冲宽度调制切换频率和脉冲宽度调制频率切换模式中的一个或多个。

方面15，根据方面14所述的方法，其中，所述脉冲宽度调制切换频率和所述脉冲宽度调制频率切换模式中的一个或多个使所述压缩机的电动机的温度升高。

方面16，根据方面15所述的方法，还包括：在制冷剂流进入所述压缩机的吸入口之前，引导所述制冷剂流流过所述电动机的定子和转子中的至少一个。

方面17，根据方面10-16中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个调整后的驱动参数包括所述驱动器和所述电动机的转矩/安培比。

方面18，根据方面17所述的方法，其中，所述调整后的驱动参数包括以下至少一项：感应饱和曲线、反电动势(emf)常数和高频注入。

方面19，根据方面10-18中任一项所述的方法，其中，确定所述一个或多个调整后的驱动参数包括参考查询表，所述查询表将润滑条件与所述一个或多个驱动参数相关联。

在所有方面中，本申请中公开的示例被认为是说明性的而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求书而不是前面的描述指示；以及在权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变都应包含在其中。