专利名称：用于由电动机驱使的压缩机的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于为在馈电网络的广电压范围中操作而设计的电 动机和电动压缩机的控制系统、方法和装置。
背景技术：
单相感应电动机广泛地应用于电动压缩机、泵、通风设备、家居 工具和电器，而且，它们的性能对于网络电压中变化是敏感的。启动 时克服负载的能力、效率、发热和提供的最大功率取决于其尺寸选定 和它们所承受的电压范围，此电压由网络施加。
这些电动机的尺寸选定基本在于定义导电体块(electric-conductor mass)(铜块(coppermass))和电工钢的量，其中所采用的材料的量 越大，电动机的性能越好，并可持续地从其提取的最大功率越高。电 动机的标称操作电压由绕组的特性定义，以及需要定义电动机运转以 保持克服特定负载转矩的能力的最小电压。对于给定的绕组，随着施 加到电动机的电压增加，可提取的功率将增加。另一方面，可施加于 电动机的最大电压由所采用的材料耐受的最大温度定义，从而确定了 使用的最大电压的条件。
因为选定电动机的尺寸以在比最小电压高得多的最大电压下操 作是必需的，也就是说，最大和最小电压之间的关系越大，使得此电 动机项目可行所要求的材料的附加量越大，这使得它的成本更高昂。
因此，在其申网络电压在较宽范围内变化的条件下采用的电动机 比其中网络几乎没有变化的条件下使用的电动机更贵。
一般，在欠发达国家中，由于生态限制，馈电网络在其尺寸决定 方面有重大限制，且存在由此产生的电能质量的损耗，具有差的电压调整，非常浮动，存在需求如此小时电压极高而当连接许多负载时电 压极低的周期。
作为一个示例，具有230 V标称电压和高电能质量的馈电网络通 常在-10至+15%的范围内变动其电压，而在低电能质量的网络中，该 变动可能在-30至+35%的范围中。
因此，在存在经济约束的市场上，常常存在因素的不利if关合，一 方面，电能质量低，而另一方面，对更经济产品的需求，这使得设计 适合于这些应用的电动机4艮困难或不可行。
专利文献WO 2005053147中描述了本领域中的现有技术，其中 设计一种电动机以结合标称操作电压或均方根电压的值来工作，该均 方根电压值也称为有效值，其低于馈电网络电压中预期的最小值。此 配置的目标是使始终对电动机馈电成为可能，并且为达到此目的，使 控制电压的值应该低于最小网络电压的值可满足需要。但是，此配置 无法构建具有小于常规电动机的尺寸的电动机，也未预见要施加的电 压水平的校正以便补偿谐波所导致的损耗。
发明内容
本发明预见一种控制系统、 一种具有电动机的电子控制组合件 (assembly )、 一种用于电动才几和电动压缩才几的方法和装置，该方法和 装置用于实现广电压范围中的操作、利用较少的材料(具体为钢和 铜)，此配置使得能够使用例如小型压缩机，使多个冷却解决方案成 为可能，其中尺寸尤其重要。作为一个示例，利用较小尺寸或较低高 度的压缩机构架，使得能够更大地利用冷却器中的空间，更容易组装， 除了要求的材料的量更小外，而且还因此更为经济。
因此，根据本发明的教导，用于为在馈电网络的广电压范围中操 作而设计的电动机和电动压缩机的控制系统、组合件、方法和装置通 过电子控制来构成，所述电子控制接收馈电网络提供的电压，并向电 动压缩机或电动机的绕组馈电以用于降温，将电压限制于接近对馈电网络预期的最小电压的值的有效值，以便使电动机能够具有克服启动 和负载操作转矩的能力，而与馈电网络具有至其最大预期值的电压提 升无关。当馈电网络电压呈现比预期最小值高的值时，电子控制将施 加到电动机的电压限制到接近此馈电网络中的预期最小值的值。
本发明的目的之一在于，提供采用单相感应电动机的系统，其能 够在广电压范围中操作，同时在馈电网络呈现处于其最小水平的电压 时保持完全的转矩性能。
本发明的另一个目的在于提供采用单相感应电动机的系统，其能 够在广电压范围中操作，从而防止在馈电网络呈现处于其最大水平的 电压时材4+过热。
本发明的再一个目的在于提供采用单相感应电动机的系统，其能 够在广电压范围中操作，同时即使馈电电压处于其最高水平时仍使效 率性能保持^[艮高。
本发明的再一个目的在于提供采用单相感应电动机的系统，其能 够以降低的成本在广电压范围中操作。
用于电动机和电动压缩机的控制系统、方法和装置基本存在于 将能够调整施加到电动机的电压的电子控制与适当选定尺寸的绕组 和磁芯关联，以充分地满足在电能网络的最小预期电压的启动和操作 转矩，其中电子控制结合限制电动机绕组上的有效电压的方法，以便 保持满足为应用指定的最小转矩的能力，而与馈电网络电压上升到高 于对该网络预期的最小电压的值无关。
这些目的通过一种用于控制由电动机驱使的压缩器的控制系统 来实现，该系统包括电子控制和电连接到馈电网络电压的至少一个电 源开关，馈电网络电压从最小网络电压浮动，电源开关将网络电压互 连到电动机的绕组和部件以便测量馈电网络电压的电压和施加到电 动机的绕组的控制电压，电子控制配置成周期性地驱使电源开关，使
得恒定的控制电压将基本接近于对网络电压预期的最小网络电压。 这些目的还通过一种电子感应电动机和电子控制的组合件来实现，该组合件电连接到从最小网络电压浮动的馈电网络电压，选定该 电动机的尺寸以基本在接近于对网络电压预期的最小网络电压的电 压范围中操作。.
实现本发明的目的的另一个方式是通过一种由耦合到电子感应 电动才几的压缩才几构形成的电动压缩才几的装置，该电子感应电动才几由控 制电压馈电，该控制电压由电子控制从馈电网络电压来调整，该网络 电压从最小网络电压浮动，选定该装置的尺寸以基本在接近于对馈电 网络预期的最小网络电压的电压范围中操作。
实现本发明的目的的再一个方式由一种用于控制电动机的控制 方法组成，该电动机由从网络电压获得的控制电压馈电，该网络电压 从最小网络电压浮动，该方法包括持续地测量网络电压的值，并将控 制电压的值降低到基本接近预期的最小网络电压的水平，并将其保持 在此水平。
现在将参考附图中表示的实施例来更详细地描述本发明。图l示 出根据本发明的教导的、用于为在馈电网络的广电压范围中操作而设 计的电动机和电动压缩机的控制系统和装置的框图。
具体实施例方式
正如从图l可见到的，本发明的用于控制电动机驱使的压缩机的
控制系统包括电子控制10，电子控制10通过与至少一个电源开关5 电关联的处理单元来构成，电源开关5电连接到网络电压VAC。电源 开关5将馈电网络电压VAc互连到电动机2的绕组(未示出)，电子 控制10配置成周期性地驱^f吏电源开关5,使得能够将网络电压VAC 的水平控制于控制电压Vc的水平。
还预见用于测量网络电压11和用于测量控制电压12的测量部件 以分别用于测量网络电压Vac和控制电压Vc。在操作上，电子控制10接收馈电网络中呈现的电压值(网络电
压VAC)的信息和施加到电动^L的绕组上的电压(控制电压Vc)的信 息，并基于此信息，它周期性地激活电子开关以便对电动机绕组施加 恒定的有效电压，换言之，使得控制电压Vc将始终基本接近于对网 络电压Vac預期的最小网络电压VAC-MIN。
所使用的电子开关或电源开关5可以是使得施加到电动机2的绕 组的交流电能够传导和中断的TRIAC类型的或其他类型的。如果该 开关是TRIAC类型的，则开关的周期性驱使将在网络电压的每个周 期处，相对于电流通过值O的交叉延迟的时刻发生，此延迟越长，馈 电网络有效值和施加到电动机绕組的值之间的关系越大。 对于网络电压V^中的变动调节控制电压V二的水平 当使用TRIAC时，在Vac波形中存在切割，其最初是正弦的并 且因切割而不再是正弦的，当它们增加时，其开始生成多个谐波，这 些谐波将随着波的切割变大而逐渐增加，也就是说，随着网络电压
Vac的但交得更高，并进一步离开最小网络电压VAC.MiN的值，此情况
中应该进一步切割正弦波，以使控制电压Vc的值将达到最小网络电
压VAC.M!N的值。
利用网络电压VAC中发生的切割使控制电压Vc的水平达到接近 最小网络电压Vac-min的水平，随着谐波增加，电动才几2的绕组内的 电流谐波也将增加，并在电动机内生成多种转矩曲线，这些转矩曲线 将导致转子上的某种制动，从而产生热并且特别是产生电动机转矩中 的损耗，转矩的这种损耗应该根据谐波导致的损耗来补偿。
为了对此进行补偿，根据本发明的教导，应该将控制电压Vc的
水平升高到高于最小网络电压VAC-MiN的值并且与馈电网络电压VAC
的值成比例的值，以便补偿因电压的谐波内容所致的电动机2的转矩 的损耗的效应。补偿施加到电动机的电压的谐波内容所导致的副效应 而在电压中的此增量，在理i仑上可从电动机和计算机仿真例程的电才莫 型来确定，以及以实验方式从工作台检验(bench assay)通过检查电动机2的性能来确定。因为这些是副效应，所以此补偿一般是可有可 无的。
作为通用规则，可以认为控制电压VAC和最小网络电压VAC_MIN 的值之间的差将与网络电压VAC和预期的最小网络电压VAC.MiN之间
的差成比例，因为必要的补偿根据TRIAC所产生的网络电压Vac的
切割的水平以及由此增加的谐波分量的量具有基本线性的行为。
才艮据本发明的教导的实用实现，应该将电子控制10配置成使得
控制电压Vc将基本接近于最小网络电压Vac-M!n的植，并且网络电压
测量部件11测量的网络电压Vac越接近于此但，控制电压Vc的水平
应该保持越接近于最小网络电压V八c-MIN。从相反角度来看，应该将电
子控制10配置成使得控制电压Vc将基本接近于最小网络电压VAC-MIN
的值，并且网络电压测量部件11测量的网络电压VAC越离开此值，
控制电压Vc的水平应该越离开且高于最小网络电压Vac.min的但。 根据本发明的教导的驱使的另一个方式，可以确立控制电压Vc
和最小网络电压VAC.M!N的值之间的差应该与电源开关5在网络电压
VAC中实现的切割的水平成比例，以达到基本接近于预期的最小网络 电压Vac-mn的水平。
以此方式，将在控制电压Vc的水平中进行必要补偿，以便可以
消除谐波分量的出现所导致的效应，正如前文所述。 对于热效应的补偿
正如众所周知的，随着网络电压VAC的水平处的切割增加，这将
增加信号的谐波内容，从而产生电动机2的发热。但是，这种效应与 对电动机2施加网络电压VAC的完全正弦的值时的发热水平(就是说， 没有TRIAC形成的切割)相比小得多，因为在完全正弦波的此情况 中，会出现铁的饱和，从而产生铜中的损耗。
本发明将解决此问题，因为电动机中未产生损耗，即不再产生发 热。作为为了控制电压Vc的水平的网络电压VAc的下降的函数的谐 波分量导致的发热如果与施加网络电压VAC的完全正弦的情况下将出现的发热的水平相比是小得多的，使得对于实用目的，可以认为在本 发明的系统中没有发热发生，而在施加网络电压VAC的完全水平的现 有技术中发热发生。
电子控制和电动机的组合件中的构造和用于电动压缩机的装置 记住本发明的概念尤其适用于冷却系统，可预见电子感应电动机
2和电子控制IO的组合件的形式的构造，以及用于电动压缩机的装置 由耦合到电子感应电动机2的压缩机构来形成，/人而形成才艮据应用于 本发明的系统的构造而实现的相同控制，就是说，选定电动机2的尺
寸以基本在接近于对网络电压VAC预期的最小网络电压VAC.M!N的电 压范围中操作，即在应用于本发明的系统的相同概念内。
因此，电动机结合此电子控制和方法来操作的装置在于选定电动 机的绕组的尺寸以便提供足够克服应用所要求的最高负载的转矩值， 其电压等于对于所述馈电网络的最小预期电压。以此方式，电动机将 能够即使在馈电网络电压处于其最小值时仍无问题地操作，并且在此 状况中，电子控制将不限制于来自网络的电压，这样Y吏得它完全应用 于电动才几。
此外，在电动机2驱使电动压缩机1以进行冷却的应用中，此压 缩机3的尺寸设置将使气体压缩机构和电动机2能够安装在更小的构 架上，因为相对于根据现有技术设计的针对压缩机设置尺寸的电动机 相比，该电动机将具有大大缩小的尺寸。根据本发明中所提出技术的
电压高的电压的周期中不存在附加的发热，从而有利于在对于压缩机 1的效率性能和材料的耐用性可接受的值中，维持压缩机的电子和机 械组合件的温度范围，这将可能提供非常紧凑且重量轻的电动压缩机 以在具有广范围变化的电网电压的严厉条件下操作，并且采用常规材 料且具有减小的成本。
电动机10的尺寸设置
就电动机的尺寸设置来说，因为电动机5在降低的电压水平操作，并且因为将其设计成在网络中预见的最小网络电压V.MIN的水平操作， 所以电动机应该适合地选定了尺寸，即具有减小的尺寸。
以此方式，以呈现比常规预见的标称电压下降30%的最小网络电 压VAC-MiN的馈电网络为例，电动机2的绕组将使其匝数减小以用30% 的欠电压来操作，这在于与针对相对于标称值仅呈现10%的电压下降 的馈电网络的设计不同的设计。结合匝数的这种减少，还将选定磁芯 的尺寸以便在馈电网络电压的最小值Vaomin的条件下操作，相对于 应用所要求的最低效率，具有最高可能的感应水平，这将导致所采用 的磁材料的体积的大大减少，因为该尺寸设置可以仅通过考虑网络电 压的此最小值，而不再考虑对馈电网络预期的最大值(该最大值可能
高于标称值达35%)来进行。
再以上面的示例为基础，在网络电压VAC的最小馈电网络电压
Vac-min以下-30%与网络电压Vac以上+35的范围中操作的馈电网络 中，这导致铜约20%的减少以及钢约33%的减少，其对于构造电动机 2是必需的。再以网络电压VAc中的-30。/。至+35。/。的变化为基础，获得 电动机高度约20-25%减少的范围中的减少是可能的。 以双电压(bi-volt)操作的选择
记住本发明的特性，将电动机2制作成双电压电动机是可能的。 为了此目的，如果调制控制电压Vc以实现例如最小电压ac-min的两倍， 则可能构造能够自动调节的系统并连接到220V网络或127V网络来才喿 作。虽然电动机在高压下以较低效率操作，但是仍将有可能操作它而 例如无发热和过载问题。
基于本发明的教导，可以实现这些期望的目的，可能制造具有显
著减小体积的压缩机，同时获得在网络电压值VAC的广范围中操作的
产品，包括双电压产品的配置。
已经描述了优选实施例，应该理解本发明的范围涵盖其他可能的 变化，其仅由所附权利要求的内容来限制，包括可能的等效物。
权利要求
1.一种用于由电动机驱使的压缩机的控制系统，所述系统包括-电子控制(10)；-至少一个电源开关(5)，电连接到馈电网络电压(VAC)，所述馈电网络电压(VAC)从最小网络电压(VAC-MIN)浮动；以及-电源开关(5)，将所述馈电网络电压(VAC)互连到所述电动机(2)的绕组；所述控制系统的特征在于，所述电子控制(10)配置成周期性地驱使所述电源开关(5)，使得控制电压(VC)将始终基本接近于对所述馈电网络电压(VAC)预期的所述最小网络电压(VAC-MIN)。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，选定由所述压缩机(3 ) 和所述电动机(2)形成的组合件的尺寸以基本接近于所述最小网络 电压(VAC-MIN)来操作。
3. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括网络电压测量 部件(11 )和控制电压测量部件(12 )，分别用于测量所述馈电网络电 压(VAC)和所述控制电压(Vc)。
4. 如权利要求3所述的系统，其特征在于，选定所述电动机(2) 的尺寸以基本在接近于对所述网络电压(VAC)预期的所述最小网络 电压(Vac-min)的电压范围中才喿作。
5. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电子控制(10) 将所述控制电压(Vc)保持基本接近于所述最小网络电压(VAC.MIN) 的值，以及所述电压测量部件(11)测量的网络电压(VAC)越接近 于此值，所述控制电压(Vc)的水平将越接近于所述最小网络电压(Vac-min)的值。
6. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电子控制(10) 将所述控制电压(Vc)保持基本接近于所述最小网络电压(VAC-MIN)的值，以及所述电压测量部件(11)测量的网络电压(VAC)越离开此值，所述控制电压(vc )的水平将越离开所述最小网络电压(VAC_MIN)的值。
7. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制电压(Vc) 与所述最小网络电压(Vaomin )的值之间的差和测量的网络电压(VAC) 与预期的所述最小网络电压(VAC_MIN)之间的差成比例。
8. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制电压(Vc) 与所述最小网络电压(Vac-min)的值之间的差和所述网络电压(VAC) 中由所述电源开关(5)实现的切割的水平成比例，以达到基本接近 于预期的所述最小网络电压(VAC-MIN)的水平。
9. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述电子控制(10)配置成在具有所述最小网络电压(Vac.min)的两倍水平的控制电压(Vc)中操作。
10. —种电子感应电动机(2)和电子控制(10)的组合件，其特 征在于，所述组合件电连接到馈电网络电压(VAC)，所述馈电网络电 压(VAC)从最小网络电压(Vac-mn)浮动，选定所述电动机(2)的尺寸以基本在接近于对所述网络电压 (VAC)预期的所述最小网络电压(VAC_MIN)的电压范围中操作。
11. 如权利要求10所述的组合件，其特征在于，所述电子控制 (10)对所述电动机(2)施加控制电压(Vc)，所述控制电压(Vc)被限制于基本接近于所述最小网络电压(VAC-MIN)的值。
12. —种用于电动压缩机的装置，由耦合到电子感应电动机(2) 的压缩机构形成，所述电子感应电动机(2)由控制电压(Vc)馈电， 所述控制电压(Vc)由电子控制(10)从馈电网络电压(VAC)来调 整，所述馈电网络电压(VAC)从最小网络电压(VAC_MIN)浮动，所述装置的特征在于，设置所述电动压缩机(1)的尺寸以基本在接近于对所述々责电网络预期的最小网络电压(Vaom!n)的电压范围中操作。
13. 如权利要求12所述的用于电动压缩机的装置，其特征在于， 所述电子控制(10)将施加到所述电动机(2)的所述控制电压(Vc) 限制于基本接近于预期的所述最小网络电压(VAC-MIN)的水平。
14. 如权利要求13所述的用于电动压缩机的装置，其特征在于，所述电子控制(10)配置成在具有所述最小网络电压(Vac-M!n)的两倍水平的控制电压(Vc)中操作。
15. —种用于控制电动机(2)的方法，所述电动机(2)由从馈 电网络电压(Vac)获得的控制电压(Vc)来馈电，所述馈电网络电 压(Vac)从最小网络电压(Vac-min)浮动，所述方法的特征在于包 括以下步骤-持续地测量所述馈电网络电压(VAC)的值；以及 -将所述控制电压(Vc)的值减小到基本接近于预期的所述最小 网络电压(Vac-mn)的水平，并将它保持在此水平。
16. 如权利妻求14所述的方法，其特征在于，在将所述馈电控制电压(Vc)的水平保持接近于所述最小网络电压(Vaom!n)的水平的 步骤中，所述馈电网络电压(VAC)越接近于此值，所述控制电压(Vc)的水平将保持越接近于所述最小网络电压(VAC_MIN)的值。
17. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，在将所述控制电压 (Vc)的水平保持接近于所述最小网络电压(VAC-MIN)的水平的步骤中，所测量的馈电网络电压(VAC)越离开此值，所述控制电压(Vc) 的水平将保持越高于所述最小网络电压(VAC-MIN)的值。
18. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，在将所述控制电压 (Vc)的水平保持接近于所述最小网络电压(Vac-min)的水平的步骤中，所述控制电压(Vc)与所述最小网络电压(Vaomtn )的值之间的 差应该和测量的馈电网络电压(Vac)与预期的所述最小网络电压 (Vac.min)之间的差成比例。
全文摘要
本发明涉及用于为在馈电网络的广电压范围中操作而设计的电动机和电动压缩机的控制系统、方法和装置。用于电动机和电动压缩机的控制系统、方法和装置基本在于将能够调节施加到电动机的电压的电子控制(10)与适当选定尺寸的绕组和磁芯关联，以充分地满足在对电能网络预期的最小电压中的启动和操作转矩，该电子控制(10)结合限制电动机绕组上的有效电压的方法，以便保持满足为应用指定的最小转矩的能力，而与馈电网络电压上升到高于对该网络预期的最小电压的值无关。
文档编号F04C28/08GK101682265SQ200880016272
公开日2010年3月24日 申请日期2008年1月9日 优先权日2007年3月20日
发明者M·G·施沃茨 申请人:惠而浦股份公司