专利名称:压缩机传感器模块的制作方法
技术领域：
本公开涉及压缩机，尤其涉及一种具有传感器模块的压缩机。
技术背景
本节中的描述仅仅提供与本公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
在各种工业和家用设备中使用压缩机，来使制冷剂在制冷、热泵、HVAC或者冷冻器系统(通常称为“制冷系统”)内循环，以提供期望的加热或者冷却效果。压缩机可以包括电机来提供力矩，以压缩蒸汽制冷剂。电机可以由交流(AC)或者直流(DC)电源供电。在 AC电源的情况下，将单相或者多相AC传送到电机的绕组。例如，压缩机可以包括被配置为使用三相AC工作的电机。电机可以包括与三相中的每一相相对应的至少一组绕组。
在每个应用中，期望压缩机提供恒定且有效的操作，以确保制冷系统正常工作。对压缩机的电机的电力供给的变化可能扰乱电机、压缩机和制冷系统的操作。这种变化可能包括例如过电流或过电压或者欠电流或欠电压状况。在多相AC电源的情况下，这种变化可能包括相位不平衡状况，其中AC的至少一相的电流或者电压与另一相的电流或者电压显著不同。此外，这种变化可能包括缺相状况，其中AC的一相中断，而继续传送其余相。过电流或者过电压状况可能导致电机过热，这可能使电机或者压缩机损坏。欠电流或者欠电压状况、相位不平衡状况以及缺相状况可能扰乱电机、压缩机或者制冷系统的操作，导致不必要的损坏。
可以对压缩机的电机安装温度或者电流传感器，以在电源扰动期间检测电机的过热。例如，当电机过热或者流过过电流时，双金属开关可以断开并去激活电机。然而，这种系统不检测不立即或者显著地使电机的温度升高的电源的变化。另外，这种系统直到状况已经使电机或者电机绕组的温度升高，才检测电源的变化。
此外，这种系统不提供充分的数据来评价电机的总体电效率。电力供给的变化可能导致压缩机、电机或者制冷系统的无效率操作。制冷系统通常需要大量能量来工作，对于零售商来说，能量需要是非常大的成本。于是，密切监视对零售商的制冷系统的电力供给， 以使效率达到最大，并降低工作成本，符合零售商的利益。
发明内容
提供了一种用于压缩机的传感器模块，压缩机具有连接到电源的电机。传感器模块可以包括第一输入，连接到第一电压传感器，该第一电压传感器生成与所述电源的电压相对应的电压信号；第二输入，连接到第一电流传感器，所述第一电流传感器生成与所述电源的电流相对应的电流信号；以及处理器，连接到第一输入和第二输入，该处理器基于来自第一输入的电压测量结果和来自第二输入的电流测量结果计算压缩机的功率因数。处理器可以布置在压缩机的电气保护壳体内，并且电气保护壳体可以被配置为容纳用于将电源连接到电机的电气端子。
在其它特征中，处理器可以布置在电气保护壳体内的抗干扰壳体内。 在其它特征中，处理器可以基于来自第一输入的电压测量结果和来自第二输入的电流测量结果计算压缩机的有功功率和视在功率，并且可以根据有功功率与视在功率的比率来计算功率因数。
在其它特征中，处理器可以基于来自第一输入的电压测量结果确定电压波形，并基于来自第二输入的电流测量结果确定电流波形，并且可以根据电流波形和电压波形之间的角度差来计算功率因数。
在其它特征中，处理器可以基于来自第一输入的电压测量结果和来自第二输入的电流测量结果计算压缩机的功率消耗。
在其它特征中，处理器可以基于来自第一输入的电压测量结果和来自第二输入的电流测量结果计算压缩机的有功功率，并通过求有功功率在一定时间段上的平均来计算功率消耗。
在其它特征中，传感器模块还可以包括通信端口，用于将来自传感器模块的信息传送到压缩机的控制模块、与压缩机相关联的系统的系统控制器、便携式计算设备和/或网络设备。
在其它特征中，传送的信息可以包括功率因数、计算的有功功率、计算的视在功率和/或计算的压缩机的功率消耗。
在其它特征中，电源包括第一相、第二相和第三相，其中，由第一电压传感器生成的电压信号与第一相相对应，并且由第一电流传感器生成的电流信号与第一相相对应。此外，传感器模块还可以包括第三输入，连接到第二电压传感器，第二电压传感器生成与第二相的电压相对应的电压信号。连接到第三电压传感器的第四输入可以生成与第三相的电压相对应的电压信号。处理器可以连接到第三输入和第四输入，并且可以基于从第三输入和第四输入接收的电压测量结果计算所述功率因数。
在其它特征中，处理器可以估计第二相的电流和第三相的电流，并且可以基于所估计的第二相和第三相的电流计算功率因数。
在其它特征中，处理器可以基于来自第一输入的电压测量结果、来自第二输入的电流测量结果、来自第三输入的电压测量结果、来自第四输入的电压测量结果和所估计的第二相和第三相的电流计算压缩机的有功功率和视在功率，并且可以根据有功功率与视在功率的比率计算功率因数。
在其它特征中，传感器模块还可以包括第五输入，连接到第二电流传感器，第二电流传感器生成与第二相的电流相对应的电流信号。处理器可以连接到第五输入，并且可以基于从第五输入接收的电流测量结果计算功率因数。
在其它特征中，处理器可以估计第三相的电流，并且可以基于估计的第三相的电流计算功率因数。
在其它特征中，处理器可以基于来自第一输入的电压测量结果、来自第二输入的
6电流测量结果、来自第三输入的电压测量结果、来自第四输入的电压测量结果、来自第五输入的电流测量结果和所估计的第三相的电流计算压缩机的有功功率和视在功率，并根据有功功率与视在功率的比率计算功率因数。
在其它特征中，传感器模块还可以包括第五输入，连接到第二电流传感器，第二电流传感器生成与第二相的电流相对应的电流信号；以及第六输入，连接到第三电流传感器，第三电流传感器生成与第三相的电流相对应的电流信号。处理器可以连接到第五输入和第六输入，并且可以基于从第五输入和第六输入接收的电流测量结果计算功率因数。
在其它特征中，处理器可以基于来自第一输入的电压测量结果、来自第二输入的电流测量结果、来自第三输入的电压测量结果、来自第四输入的电压测量结果、来自第五输入的电流测量结果和来自第六输入的电流测量结果计算压缩机的有功功率和视在功率，并根据有功功率与视在功率的比率计算功率因数。
在其它特征中，提供了一种具有所述传感器模块的压缩机。
还提供了一种用于具有处理器的传感器模块的方法，传感器模块布置在压缩机的电气保护壳体内，压缩机具有连接到电源的电机。电气保护壳体可以被配置为容纳用于将电源连接到电机的电气端子。该方法可以包括从连接到传感器模块的第一电压传感器接收电源的电压测量结果；从连接到传感器模块的第一电流传感器接收电源的电流测量结果；基于电压测量结果和电流测量结果计算压缩机的功率因数；以及基于功率因数生成输出ο
在其它特征中，计算功率因数可以包括基于电压测量结果和电流测量结果计算压缩机的有功功率和视在功率；以及根据有功功率与视在功率的比率计算功率因数。
在其它特征中，计算功率因数可以包括基于电压测量结果确定电压波形；基于电流测量结果确定电流波形；以及根据电流波形和电压波形之间的角度差计算功率因数。
在其它特征中，该方法还可以包括基于电压测量结果和电流测量结果计算压缩机的功率消耗。
在其它特征中，计算功率消耗可以包括基于电压测量结果和电流测量结果计算压缩机的有功功率；以及通过求有功功率在一定时间段上的平均计算功率消耗。
在其它特征中，基于功率因数生成输出可以包括将功率因数传送到连接到传感器模块的控制模块、系统控制器、便携式计算设备和/或网络设备。
在其它特征中，电源包括第一相、第二相和第三相，其中，来自第一电压传感器的电压测量结果与第一相相对应，并且来自第一电流传感器的电流测量结果与第一相相对应。该方法还可以包括从连接到传感器模块的第二电压传感器接收与电源的第二相相对应的电压测量结果；从连接到传感器模块的第三电压传感器接收与电源的第三相相对应的电压测量结果。计算功率因数可以包括基于与第二相相对应的电压测量结果和与第三相相对应的电压测量结果计算功率因数。
在其它特征中，该方法还可以包括针对第二相计算电流估计值；以及针对第三相计算电流估计值。计算功率因数可以包括基于针对第二相和第三相的电流估计值计算功率因数。
在其它特征中，计算功率因数可以包括基于第一相、第二相和第三相的电压测量结果、第一相的电流测量结果以及针对第二相和第三相的电流估计值，计算压缩机的有功功率和视在功率；以及根据有功功率与视在功率的比率，计算功率因数。
在其它特征中，该方法还可以包括从连接到传感器模块的第二电流传感器接收与电源的第二相相对应的电流测量结果。计算功率因数可以包括基于与第二相相对应的电流测量结果计算功率因数。
在其它特征中，该方法还可以包括针对第三相计算电流估计。计算功率因数可以包括基于针对第三相的电流估计计算功率因数。
在其它特征中，计算功率因数可以包括基于第一相、第二相和第三相的电压测量结果、第一相和第二相的电流测量结果以及针对第三相的电流估计，计算压缩机的有功功率和视在功率；以及根据有功功率与视在功率的比率计算功率因数。
在其它特征中，该方法还可以包括从连接到传感器模块的第三电流传感器接收与电源的第三相相对应的电流测量结果。计算功率因数可以包括基于与第三相相对应的电流测量结果计算功率因数。
在其它特征中，计算功率因数可以包括基于第一相、第二相和第三相的电压测量结果以及第一相、第二相和第三相的电流测量结果计算压缩机的有功功率和视在功率；以及根据有功功率与视在功率的比率计算功率因数。
提供了一种具有用于执行该方法的计算机可执行指令的计算机可读介质。
还提供了另一种用于压缩机的传感器模块，压缩机具有连接到电源的电机。传感器模块可以包括第一输入，连接到第一电压传感器，第一电压传感器生成与电源的电压相对应的电压信号；第二输入，连接到第一电流传感器，第一电流传感器生成与电源的电流相对应的电流信号；以及处理器，连接到第一输入和第二输入，处理器监视第一输入和第二输入。处理器可以基于来自第一输入的电压测量结果和来自第二输入的电流测量结果，检测来自电源的电功率的不期望的变化和/或机械故障。处理器可以布置在压缩机的电气保护壳体内，电气保护壳体被配置为容纳用于将电源连接到电机的电气端子。
在其它特征中，处理器可以布置在电气保护壳体内的抗干扰壳体内。
在其它特征中，传感器模块还可以包括通信端口，用于将与不期望的变化和/或机械故障相对应的通知传送到压缩机的控制模块、与压缩机相关联的系统的系统控制器、 便携式计算设备和/或网络设备。
在其它特征中，处理器可以检测包括无功率状况的电功率的不期望的变化。
在其它特征中，处理器可以将来自第一输入的电压测量结果与预定电压阈值进行比较，当电压测量结果在预定时间段保持小于预定电压阈值时，可以确定存在无功率状况。
在其它特征中，传感器模块可以检测包括低电压状况的电功率的不期望的变化。
在其它特征中，处理器可以确定压缩机的额定工作电压，当来自第一输入的电压测量结果小于额定工作电压的预定百分比时，处理器可以确定存在低电压状况。
在其它特征中，处理器可以基于压缩机的历史数据确定额定工作电压。
在其它特征中，处理器可以基于输入的额定工作电压确定额定工作电压。
在其它特征中，传感器模块可以检测包括电流过载状况的电功率的不期望的变化。
在其它特征中，处理器可以确定电流最大阈值，可以将来自第二输入的电流测量结果与电流最大阈值进行比较，并且可以基于比较确定存在电流过载状况。[0052]在其它特征中，电源可以包括第一相、第二相和第三相，其中，由第一电压传感器生成的电压信号与第一相相对应，并且由第一电流传感器生成的电流信号与第一相相对应。传感器模块还可以包括第三输入，连接到第二电压传感器，第二电压传感器生成与第二相的电压相对应的电压信号；以及第四输入，连接到第三电压传感器，第三电压传感器生成与第三相的电压相对应的电压信号。处理器可以连接到第三输入和第四输入，并且可以基于从第三输入和第四输入接收的电压测量结果检测来自电源的电功率的不期望的变化。
在其它特征中，电功率的不期望的变化可以包括缺相状况。
在其它特征中，处理器可以比较从第一输入、第三输入和第四输入接收的电压测量结果，当来自第一输入的电压测量结果小于来自第三输入和第四输入的电压测量结果的平均值的预定百分比时，处理器可以确定存在缺相状况。
在其它特征中，电功率的不期望的变化可以包括电压不平衡状况。
在其它特征中，处理器可以计算从第一输入、第三输入和第四输入接收的电压测量结果的平均值，并且可以基于来自第一输入的电压测量结果和平均值之间的差、来自第三输入的电压测量结果和平均值之间的差以及来自第四输入的电压测量结果和平均值之间的差中最大的一个确定电压不平衡状况。
在其它特征中，传感器模块还可以包括第五输入，连接到第二电流传感器，第二电流传感器生成与第二相的电流相对应的电流信号。处理器可以连接到第五输入，并且可以基于从第五输入接收的电流测量结果检测来自电源的电功率的不期望的变化。
在其它特征中，电功率的不期望的变化可以包括电流延迟状况。
在其它特征中，当来自第二输入的电流测量结果大于预定电流阈值，并且来自第五输入的电流测量结果在预定时间段内不大于预定电流阈值时，处理器可以确定存在电流延迟状况。
在其它特征中，传感器模块可以检测包括焊接接触器状况的机械故障。
在其它特征中，处理器可以接收与压缩机的当前运行状态相对应的运行状态数据，可以将来自第一输入的电压测量结果与电压阈值进行比较，并且可以基于当前运行状态和比较确定存在焊接接触器状况。
在其它特征中，传感器模块可以检测包括锁定转子状况的机械故障。
在其它特征中，处理器可以将来自第二输入的电流测量结果与电流阈值进行比较，当电流测量结果大于电流阈值时，可以确定存在锁定转子状况。
在其它特征中，处理器可以生成来自第二输入的电流测量结果的缓冲区，可以确定来自缓冲区的最大电流值，可以将电流测量结果与来自缓冲区的最大电流值进行比较， 当电流测量结果大于最大电流值的预定百分比时，可以确定存在锁定转子状况。
在其它特征中，传感器模块可以检测包括保护跳闸状况的机械故障。
在其它特征中，处理器可以将电压测量结果与电压阈值进行比较，并将电流测量结果与电流阈值进行比较，当电压测量结果大于电压阈值，并且电流测量结果小于电流阈值时，可以确定存在保护跳闸状况。
还提供了用于具有处理器的传感器模块的另一方法，传感器模块布置在压缩机的电气保护壳体内，压缩机具有连接到电源的电机。电气保护壳体可以被配置为容纳用于将电源连接到电机的电气端子。该方法可以包括接收来自连接到传感器模块的第一电压传感器的电源的电压测量结果；接收来自连接到传感器模块的第一电流传感器的电源的电流测量结果；基于电压测量结果和电流测量结果，检测来自电源的电功率的不期望的变化和 /或压缩机的机械故障；以及基于检测生成输出。
在其它特征中，基于检测生成输出可以包括将检测的结果传送到连接到传感器模块的控制模块、系统控制器、便携式计算设备和/或网络设备。
在其它特征中，检测可以包括检测包括无功率状况的电功率的不期望的变化。
在其它特征中，检测无功率状况可以包括将电压测量结果与预定电压阈值进行比较；以及当电压测量结果在预定时间段保持小于预定电压阈值时，确定存在无功率状况。
在其它特征中，检测可以包括检测包括低电压状况的电功率的不期望的变化。
在其它特征中，检测低电压状况可以包括确定压缩机的额定工作电压；以及当电压测量结果小于额定工作电压的预定百分比时，确定存在低电压状况。
在其它特征中，确定额定工作电压可以包括基于压缩机的历史数据确定额定工作电压。
在其它特征中，确定额定工作电压可以包括基于输入的额定工作电压确定额定工作电压。
在其它特征中，检测可以包括检测包括电流过载状况的电功率的不期望的变化。
在其它特征中，检测电流过载状况可以包括确定电流最大阈值；将电流测量结果与电流最大阈值进行比较；以及基于比较来确定存在电流过载状况。
在其它特征中，电源可以包括第一相、第二相和第三相，其中，来自第一电压传感器的电压测量结果与第一相相对应，并且其中，来自第一电流传感器的电流测量结果与第一相相对应。该方法还可以包括从连接到传感器模块的第二电压传感器接收与电源的第二相相对应的电压测量结果；以及从连接到传感器模块的第三电压传感器接收与电源的第三相相对应的电压测量结果。检测来自电源的电功率的不期望的变化可以基于与第一相、 第二相和第三相相对应的电压测量结果和电流测量结果。
在其它特征中，检测电功率的不期望的变化可以包括检测缺相状况。
在其它特征中，检测缺相状况可以包括比较与第一相、第二相和第三相相对应的电压测量结果；以及当与第一相相对应的电压测量结果小于与第二相和第三相相对应的电压测量结果的平均值的预定百分比时，确定存在缺相状况。
在其它特征中，检测电功率的不期望的变化可以包括检测电压不平衡状况。
在其它特征中，检测电压不平衡状况可以包括计算与第一相、第二相和第三相相对应的电压测量结果的平均值；以及基于与第一相相对应的电压测量结果和平均值之间的差、与第二相相对应的电压测量结果和平均值之间的差以及与第三相相对应的电压测量结果和平均值之间的差中最大的一个确定存在电压不平衡状况。
在其它特征中，该方法还可以包括接收来自连接到传感器模块的第二电流传感器的与电源的第二相相对应的电流测量结果。检测来自电源的电功率的不期望的变化可以包括基于与第一相和第二相相对应的电流测量结果检测电功率的不期望的变化。
在其它特征中，检测电功率的不期望的变化可以包括检测电流延迟状况。
在其它特征中，检测电流延迟状况可以包括将与第一相相对应的电流测量结果和与第二相相对应的电流测量结果与预定电流阈值进行比较；以及当与第一相相对应的电流测量结果大于预定电流阈值，并且与第二相相对应的电流测量结果在预定时间段内不大于预定电流阈值时，确定存在电流延迟状况。
在其它特征中，检测可以包括检测包括焊接接触器状况的机械故障。
在其它特征中，该方法还可以包括接收与压缩机的当前运行状态相对应的运行状态数据；将电压测量结果与电压阈值进行比较；以及基于当前运行状态和比较确定存在焊接接触器状况。
在其它特征中，检测可以包括检测包括锁定转子状况的压缩机的机械故障。
在其它特征中，检测锁定转子状况可以包括将电流测量结果与电流阈值进行比较；以及当电流测量结果大于电流阈值时，确定存在锁定转子状况。
在其它特征中，检测锁定转子状况可以包括生成电流测量结果的缓冲区；确定来自缓冲区的最大电流值；将电流测量结果与来自缓冲区的电流值进行比较；以及当电流测量结果大于最大电流值的预定百分比时确定存在锁定转子状况。
在其它特征中，检测可以包括检测包括保护跳闸状况的机械故障。
在其它特征中，检测保护跳闸状况可以包括将电压测量结果与电压阈值进行比较；将电流测量结果与电流阈值进行比较；以及当电压测量结果大于电压阈值，并且电流测量结果小于电流阈值时，确定存在保护跳闸状况。
根据这里进行的描述，可应用的其它方面将变得明显。应当理解，描述和具体示例仅仅旨在用于进行说明，而不旨在限制本公开的范围。
这里描述的附图仅仅用于进行说明，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是制冷系统的示意图；
图2是具有传感器模块和控制模块的压缩机的示意图；
图3是具有传感器模块和控制模块的压缩机的示意图；
图4是具有传感器模块和控制模块的压缩机的示意图；
图5是具有传感器模块和控制模块的压缩机的示意图；
图6是具有传感器模块和控制模块的压缩机的顶视图；
图7是包括传感器模块的压缩机的电气保护壳体的示意图；
图8是包括传感器模块的压缩机的电气保护壳体的示意图；
图9是包括传感器模块的压缩机的电气保护壳体的示意图；
图10是包括传感器模块的压缩机的电气保护壳体的示意图；
图11是包括传感器模块的压缩机的电气保护壳体的示意图；
图12是包括传感器模块的压缩机的电气保护壳体的示意图；
图13是示出根据本启示的传感器模块的运算算法的流程图；
图14是示出根据本启示的传感器模块的诊断算法的流程图；
图15是示出根据本启示的传感器模块的诊断算法的流程图；
图16是示出根据本启示的传感器模块的诊断算法的流程图；
图17是示出根据本启示的传感器模块的诊断算法的流程图；
图18是示出根据本启示的传感器模块的诊断算法的流程图；[0112]图19是示出根据本启示的传感器模块的诊断算法的流程图；
图20是示出根据本启示的传感器模块的诊断算法的流程图；
图21是示出根据本启示的传感器模块的诊断算法的流程图；
图22是示出根据本启示的传感器模块的诊断算法的流程图；以及
图23是示出根据本启示的传感器模块的诊断算法的流程图。
具体实施方式
本质上，下面的描述仅仅是示例性的，而不旨在限制本公开、应用或者使用。应当理解，在全部附图中，相应的附图标记表示相同或者相应的部分和特征。
如这里使用的，术语模块、控制模块和控制器是指下面中的一个或者更多个执行一个或者更多个软件或者固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或者组)和存储器、组合逻辑电路或者提供所描述的功能的其它合适的部件。此外，如这里使用的，计算机可读介质是指能够存储用于计算机的数据的任意介质。计算机可读介质可以包括但不限于存储器、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、快擦写存储器、穿孔卡、指拨开关 (dip switch)、CD-ROM、软盘、磁带、其它磁介质、光介质或者能够存储用于计算机的数据的任何其它设备或者介质。
参考图1，示例性制冷系统10可以包括用管子与公共吸入歧管14和排出头16连接到一起的多个压缩机12。压缩机12可以是往复式压缩机、螺旋式压缩机或者其它类型的压缩机。压缩机12可以包括曲轴箱。可以对压缩机12安装电机，来压缩传送到冷凝器18 的制冷剂蒸汽，在冷凝器18中以高压将制冷剂蒸汽液化，从而向外部空气排出热。将排出冷凝器18的液体制冷剂传送到汽化器20。随着热空气移动经过汽化器，液体变为气体，由此从空气中除去热，冷却制冷空间。将该低压气体传送到压缩机12，再压缩为高压气体，以再次开始制冷循环。虽然在图1中示出了具有两个压缩机12、冷凝器18和汽化器20的制冷系统10，但是制冷系统10可以具有任意数量的压缩机12、冷凝器18、汽化器20或者其它制冷系统部件。
可以对每个压缩机12安装控制模块(CM) 30和传感器模块(SM) 32。如这里所描述的，可以将SM 32附着到压缩机12，SM 32可以使用一个或更多个电压传感器和一个或更多个电流传感器监视传送到压缩机12的电功率。基于电功率测量，诸如电流(I)和电压(V)， SM 32可以确定压缩机12的电机的视在功率、实际功率、功率消耗和功率因数计算。SM 32 可以将电功率测量和计算传送到CM 30。SM 32还可以基于测量和计算，向CM 30警告电源的变化或者机械故障。例如，SM 32可以向CM 30警告过电流或电压状况、欠电流或电压状况、电流或电压不平衡状况或者缺相或电流延迟状况(如果使用多相电源)。基于对电源的监视，并且基于与CM 30的通信，SM32可以检测焊接接触器状况或者锁定转子状况，并且向 CM 30警告焊接接触器状况或者锁定转子状况。
CM 30可以基于从SM 32接收的数据、基于从其它压缩机或者制冷系统传感器接收的其它压缩机和制冷系统数据并且基于与系统控制器34的通信，控制压缩机12的操作。 CM 30可以是受让人共同拥有的、在2005年2月16日提交的申请号11/059，646、公开号 2005/0235660的美国专利申请中公开的类型的保护和控制系统，该申请的全部内容通过引用包含于此。可以使用其它合适的保护和控制系统。
12[0122]除了 CM 30从SM 32接收的数据之外，CM 30还可以接收压缩机和制冷系统数据， 包括排出压力、排出温度、吸入压力、吸入温度，以及来自连接到压缩机12或者嵌入压缩机12内的压力和温度传感器的其它压缩机相关数据。另外，SM 32可以接收油位和油压数据并将其传送到CM 30和/或CM 30直接接收油位和油压数据。以这种方式，CM 30可以监视压缩机12的各种工作参数，并且基于保护和控制算法并基于与系统控制34的通信，控制压缩机12的操作。例如，CM 30可以根据设定点，诸如吸入压力、吸入温度、排出压力或者排出温度设定点，激活和去激活压缩机12。在排出压力设定点的情况下，当如由排出压力传感器确定的，排出压力落在排出压力设定点以下时，CM 30可以激活压缩机12。当排出压力升高到排出压力设定点以上时，CM 30可以去激活压缩机12。
此外，CM 30可以基于从SM 32接收的数据和/或警告，激活或者去激活压缩机 12。例如，当警告了过电流或电压状况、欠电流或电压状况、电流或电压不平衡状况或者缺相或电流延迟状况(如果使用多相电源)时，CM 30可以去激活压缩机12。此外，当警告了焊接接触器状况时，CM 30可以激活压缩机12，或者当警告了锁定转子状况时，CM 30可以去激活压缩机12。CM 30可以将包括从SM 32接收的电功率数据的压缩机12的工作数据传送到系统控制器34。
以这种方式，SM 32可以是对压缩机12特定的，并且可以位于压缩机12的电气保护壳体72内，电气保护壳体72用于在制造压缩机12时容纳对压缩机12的电气连接(图 5到图12所示)。例如，可以在制造之后，在将压缩机12安装在特定制冷系统的特定位置时，将CM 30安装在压缩机12上。可以由不同的制造商制造不同的控制模块。然而，每个 CM 30可以被设计并配置为与SM 32通信。换句话说，特定压缩机12的SM 32可以提供能够传送到被适当地配置为与SM 32通信的任意控制模块的数据和信号。此外，不同控制模块的制造商可以将控制模块配置为在不知道SM 32提供数据和信号所采用的算法和计算的情况下，从SM 32接收数据和信号。
系统控制器34可以用于并被配置为控制制冷系统10的总体操作。系统控制器34 优选是由Atlanta，Georgia的CPC，Inc.提供的Einstein区域控制器，或者可以被编程为操作制冷系统10并与CM 30通信的任何其它类型的可编程控制器。系统控制器34可以监视制冷系统工作状况，诸如冷凝器温度和压力及蒸汽机温度和压力，以及诸如周围温度的环境状况，以确定制冷系统负荷和需要。系统控制器34可以与CM 30通信，以基于工作状况来调整设定点，以使制冷系统10的效率最大。系统控制器34可以基于SM 32进行并且从CM 30传送到系统控制器34的电功率测量和计算来评价效率。
参照图2，可以将三相AC电源50传送到压缩机12来操作电机。SM 32和CM 30 可以从传送到压缩机12的电源50的一相接收低电压电力。例如，变压器49可以将来自一相的电力51转换为要传送到SM 32和CM 30的低电压。以这种方式，SM 32和CM 30可以在单相AC电力上、以比传送到压缩机12的电力50低的电压工作。例如，传送到SM 32和 CM 30的电力可以是MV AC。当例如MV AC的低电压电力用于向CM 30和SM 32供电时， 可以使用诸如低电压绕组连接的低电压额定部件。
SM 32可以连接到三个电压传感器M、56、58，电压传感器M、56、58用于感测传送到压缩机12的电源50的每一相的电压。另外，SM 32可以连接到电流传感器60，电流传感器60用于感测传送到压缩机12的电源50的每一相的电流。电流传感器60可以是电流互感器或者分流电阻器。
当使用单个电流传感器60时，可以基于电压测量结果并且基于来自电流传感器 60的电流测量结果，估计其它相的电流。因为电机的每个绕组的负荷与其它绕组中的每一个的负荷基本相同，因为根据测量结果得知的每一相的电压，并且因为根据测量结果得知的一相的电流，所以可以估计其余相的电流。
也可以使用附加电流传感器，并将其连接到SM 32。参考图3，可以使用两个电流传感器57、60来感测电源50的两相的电流。当使用两个电流传感器57、60时，可以基于电压测量结果并且基于来自电流传感器57、60的电流测量结果，估计其余相的电流。参考图 4，可以使用三个电流传感器55、57、60来感测电源50所有三相的电流。
在双绕组三相电机的情况下，使用六个电力端子，每个绕组一个端子使得电源50 的三相中的每一相使用两个端子。在这种情况下，六个端子中的每一个可以包括电压传感器，六个电压传感器中的每一个与SM 32通信。另外，可以为六个电连接中的一个或更多个包括电流传感器。
参考图5和图6，CM 30和SM 32可以安装在压缩机12上或者压缩机12内。CM 30可以包括用于以图形显示警告或者消息的显示器70。如上面所讨论的，SM 32可以位于用于容纳到压缩机12的电连接的压缩机12的电气保护壳体72内。
压缩机12可以包括吸入嘴74、排出嘴76和位于电机外壳78内的电机。
可以由电气保护壳体72收纳电源50。CM 30可以通过外壳80连接到SM 32。以这种方式，CM 30和SM 32可以位于压缩机12上或者压缩机12内的不同位置，并且可以经由在压缩机12上、在压缩机12内或者通过压缩机12进行路由的通信连接(诸如通过外壳 80进行路由的通信连接)进行通信。
参考图7至图12，SM 32可以位于电气保护壳体72内。在图7至图12中，示出了电气保护壳体72和SM 32的示意图。SM 32可以包括处理器100，以及布置在印刷电路板 (PCB) 106上的RAM 102和ROM 104。电气保护壳体72可以是用于容纳连接到压缩机12的电机的电气端子108的壳体。电气端子108可以将电源50连接到压缩机12的电机。
电气保护壳体72可以包括用于将电源50转换为SM 32和CM 30使用的较低电压的变压器49。例如，变压器49可以转换电源51并将其传送到SM 32。SM 32可以通过PCB 106的电源输入110从变压器49接收低电压电源。还可以经由电连接52将电源通过电气保护壳体72路由传送到CM 30。
电压传感器M、56、58可以位于接近电气端子108中的每一个。处理器100可以连接到电压传感器M、56、58，处理器100可以周期性地接收或采样电压测量结果。类似地， 电流传感器60可以位于接近电源引线116中的一个。处理器100可以连接到电流传感器 60，并且可以周期性地接收或采样电流测量结果。可以针对处理器100，适当地对来自电压传感器M、56、58和来自电流传感器60的电压和电流测量结果进行缩放。
PCB 106可以包括允许在SM 32的处理器100和CM 30之间进行通信的通信端口 118。SM 32和CM 30之间的通信链路可以包括在允许通信的同时将SM 32和CM 30之间的通信链路电隔离的光学隔离器119。光学隔离器119可以位于电气保护壳体72内。虽然单独示出了光学隔离器119，但是光学隔离器119还可以位于PCB 106上。还可以提供至少一个附加通信端口 120，用于在SM 32和其它设备之间进行通信。手持或者便携式设备可以经由通信端口 120直接访问SM 32并与其进行通信。例如，通信端口 120可以允许连接到通信端口 120的设备对SM 32进行在线编程。另外，通信端口 120可以连接到通过网络与SM 32进行通信的网络设备。
可以通过任何合适的通信协议，诸如I2C、串行外围接口(SPI)、RS232、RS485、通用串行总线(USB)或者任何其它合适的通信协议，进行与SM 32的通信。
处理器100可以访问存储在嵌入式ROM 124中的压缩机配置和工作数据，嵌入式 ROM 1 布置在电气保护壳体72内的抗干扰外壳140中。嵌入式ROM 1 可以是在受让人共同拥有的2006年4月14日提交的美国专利申请11/405,021号、2006年6月沈日提交的美国专利申请11/474，865号、2006年6月沈日提交的美国专利申请11/474，821号、 2006年6月沈日提交的美国专利申请第11/474，798号或者2005年4月沈日提交的美国专利申请第60/674，781号中公开的压缩机存储器系统，这些申请的全部内容通过引用包含于此。另外，可以使用其它合适的存储器系统。
嵌入式ROM 1 可以存储压缩机12的配置和工作数据。当修正压缩机12的配置数据时，可以类似地将修正后的数据存储在嵌入式ROM 1 中。可以将压缩机12的配置数据传送到CM 30或者系统控制器34。当更换压缩机和/或SM 32时，可以在启动时将新压缩机12的默认配置数据传送到CM30和/或系统控制器34。另外，可以远程下载配置数据。 例如，嵌入式R0M124中的配置数据可以包括可以经由网络连接升级的工作和诊断软件。以这种方式，可以通过网络连接，例如经由因特网，有效地对工作和诊断软件进行升级。
继电器1沈、127可以连接到处理器100。继电器1 可以控制压缩机12的激活或者去激活。当SM 32确定存在不期望的工作状况时，SM 32可以简单地经由继电器1 去激活压缩机12。可选地，SM 32可以向CM 30通知该状况，使得CM 30可以去激活压缩机12。 继电器127可以连接到压缩机相关部件。例如，继电器127可以连接到曲轴箱加热器。SM 32可以基于工作状况或者来自CM 30或者系统控制器34的指令，按照需要激活或者去激活曲轴箱加热器。虽然示出了两个继电器126、127，但是可选地，SM 32可以被配置为操作一个继电器或者多于两个的继电器。
处理器100和PCB 106可以安装在外壳壳体130内。外壳壳体130可以附着到电气保护壳体72或者嵌入电气保护壳体72内。电气保护壳体72提供用于容纳电气端子108 和变压器49的壳体。外壳壳体130可以是抗干扰的，使得压缩机12的用户不能无意或者意外地接近处理器100和PCB 106。以这种方式，SM 32可以与压缩机12保留在一起，而不管是否将压缩机12移动到不同的位置、返回给制造商进行维修或者与不同的CM 30—起使用。
LED 131、132可以位于PCB 106上或者连接到PCB 106，由处理器100进行控制。 LED 131、132可以指示SM 32的状态或者压缩机12的工作状况。LED 131、132可以位于外壳壳体130上或者通过外壳壳体130可见。例如，LED 131可以是红色的，LED 132可以是绿色的。SM 32可以点亮绿色LED132来指示正常工作。SM 32可以点亮红色LED 131来指示预定工作状况。SM 32还可以使LED 131、132闪烁来指示其它预定工作状况。
在图7中，示出了一个电流传感器60。还可以使用其它电流传感器并连接到SM 32。参考图8，可以使用两个电流传感器57、60来感测电源50的两相的电流。当使用两个电流传感器57、60时，可以基于电压测量结果，并且基于来自电流传感器57、60的电流测量结果来估计其余相的电流。参考图9，可以使用三个电流传感器55、57、60来感测电源50的全部三相的电流。
参考图10至图12，在双绕组三相电机的情况下，电气保护壳体72可以包括用于附加绕组的附加电气端子109。在这种情况下，六个电气端子108、109可以被放置在电气保护壳体72内。三个电气端子108可以连接到电源50针对压缩机12的电机的第一组绕组的三相。三个附加电气端子109还可以连接到电源50针对压缩机12的电机的第二组绕组的三相。
电压传感器61、62、63可以位于接近每一个电气端子109。处理器100可以连接到电压传感器61、62、63，并且可以周期性地接收电压测量结果或者对电压测量结果进行采样。参考图10，处理器100可以周期性地接收来自用于感测流到附加电气端子109中的一个的电流的电流传感器64的电流测量结果或者对其进行采样。还可以使用附加电流传感器。参考图11，4个电流传感器57、60、64、65可以连接到处理器100。两个电流传感器57、 60可以与电气端子108相关联，两个电流传感器64、65可以与电气端子109相关联。参考图12，6个电流传感器55、57、60、64、65、66可以连接到处理器100。三个电流传感器55、57、 60可以与电气端子108相关联，3个电流传感器64、65、66可以与电气端子109相关联。使用6个电流传感器55、57、60、64、65、66，处理器100可以接收与压缩机12相关联的双绕组三相电机的每个绕组的电流测量结果。
处理器100可以在ac电源的每个周期，周期性地对来自各个传感器的电流和电压测量结果进行采样，以确定多个瞬时电流和电压测量结果。例如，在交流电流的频率为60 兆赫兹的情况下，处理器100可以每个周期对电流和电压测量结果采样二十次，或者近似地，每毫秒对电流和电压测量结果采样一次。根据这些实际电流和电压测量结果，处理器可以计算附加功率相关数据，诸如真实功率和视在功率、随着时间的功率消耗和功率因数。
基于实际电流和电压测量结果，处理器100可以确定电源50的每一相的电压和电流的均方根(冊幻值。处理器100可以通过对每个采样的电压测量结果进行平方，对进行了平方的测量结果求平均，并且计算平均值的平方根，来计算RMS电压值。类似地，处理器 100可以通过对每个采样的电流测量结果进行平方，对进行了平方的测量结果求平均，并且计算平均值的平方根，来计算RMS电流值。
根据RMS电压和RMS电流计算，处理器100可以根据以下等式计算视在功率⑶
(I)S = VemsXIems
其中，Vems是计算的AC的至少一个周期上的电压的RMS，并且其中，Iffls是计算的 AC的至少一个周期上的电流的RMS。可以以伏安(VA)或者千伏安(kVA)为单位来计算视
在功率。
处理器100可以针对电源50的每一相计算视在功率。当对于电源50的所有三相可以使用电流传感器55、57、60、64、65、66时，可以使用实际电流测量结果来计算视在功率。当对于所有三相电流传感器不可用时，可以通过根据已知电流和电压测量结果进行插值来估计丢失的相的电流。
处理器100可以根据以下等式，基于针对每一相的视在功率计算，计算压缩机12 的电机的总视在功率(ST。tal)
(2) Slotal = Vems⑴ x irms ⑴+Vrms⑵ x irms ⑵+Vrms⑶ x irms ⑶[0155]其中，V—^V^s⑵和Vfflsw分别是AC的第一、第二和第三相的计算的AC周期上的 RMS电压，并且其中，Um)、Iems⑵和Ifflsw分别是AC的第一、第二和第三相的计算的AC周期上的RMS电流。以伏安(VA)或者千伏安(kVA)为单位来计算视在功率。
可以根据以下等式，作为AC周期上的瞬时电流和电压的积的积分，来计算单位为瓦(W)或者千瓦(kW)的有功功率⑵
权利要求
1.一种用于压缩机的传感器模块，所述压缩机具有连接到电源的电机，所述传感器模块包括第一输入，连接到第一电压传感器，所述第一电压传感器生成与所述电源的电压相对应的电压信号；第二输入，连接到第一电流传感器，所述第一电流传感器生成与所述电源的电流相对应的电流信号；处理器，连接到所述第一输入和第二输入，所述处理器基于来自所述第一输入的电压测量结果和来自所述第二输入的电流测量结果，计算所述压缩机的功率因数；其中，所述处理器布置在所述压缩机的电气保护壳体内，所述电气保护壳体被配置为容纳用于将所述电源连接到所述电机的电气端子。
2.根据权利要求
1所述的传感器模块，其中，所述处理器布置在所述电气保护壳体内的抗干扰壳体内。
3.根据权利要求
1所述的传感器模块，还包括通信端口，用于将来自所述传感器模块的信息传送到下列中的至少之一所述压缩机的控制模块、与所述压缩机相关联的系统的系统控制器、便携式计算设备和网络设备。
4.根据权利要求
1所述的传感器模块，其中，所述电源包括第一相、第二相和第三相， 其中，由所述第一电压传感器生成的所述电压信号与所述第一相相对应，并且其中，由所述第一电流传感器生成的所述电流信号与所述第一相相对应，所述传感器模块还包括第三输入，连接到第二电压传感器，所述第二电压传感器生成与所述第二相的电压相对应的电压信号；第四输入，连接到第三电压传感器，所述第三电压传感器生成与所述第三相的电压相对应的电压信号；其中，所述处理器连接到所述第三输入和所述第四输入，并且基于从所述第三输入和所述第四输入接收的电压测量结果计算所述功率因数。
5.根据权利要求
4所述的传感器模块，还包括第五输入，连接到第二电流传感器，所述第二电流传感器生成与所述第二相的电流相对应的电流信号；其中，所述处理器连接到所述第五输入，并且基于从所述第五输入接收的电流测量结果计算所述功率因数。
6.根据权利要求
4所述的传感器模块，还包括第五输入，连接到第二电流传感器，所述第二电流传感器生成与所述第二相的电流相对应的电流信号；以及第六输入，连接到第三电流传感器，所述第三电流传感器生成与所述第三相的电流相对应的电流信号；其中，所述处理器连接到所述第五输入和所述第六输入，并且基于从所述第五输入和所述第六输入接收的电流测量结果计算所述功率因数。
7.一种用于压缩机的传感器模块，所述压缩机具有连接到电源的电机，所述传感器模块包括第一输入，连接到第一电压传感器，所述第一电压传感器生成与所述电源的电压相对应的电压信号；第二输入，连接到第一电流传感器，所述第一电流传感器生成与所述电源的电流相对应的电流信号；处理器，连接到所述第一输入和第二输入，所述处理器监视所述第一输入和所述第二输入，并基于来自所述第一输入的电压测量结果和来自所述第二输入的电流测量结果，检测来自所述电源的电功率的不期望的变化；其中，所述处理器布置在所述压缩机的电气保护壳体内，所述电气保护壳体被配置为容纳用于将所述电源连接到所述电机的电气端子。
8.根据权利要求
7所述的传感器模块，其中，所述处理器布置在所述电气保护壳体内的抗干扰壳体内。
9.根据权利要求
7所述的传感器模块，还包括通信端口，用于将与所述不期望的变化相对应的通知传送到所述压缩机的控制模块、与所述压缩机相关联的系统的系统控制器、 便携式计算设备和网络设备中的至少之一。
10.根据权利要求
7所述的传感器模块，其中，所述电源包括第一相、第二相和第三相， 其中，由所述第一电压传感器生成的所述电压信号与所述第一相相对应，并且其中，由所述第一电流传感器生成的所述电流信号与所述第一相相对应，所述传感器模块还包括第三输入，连接到第二电压传感器，所述第二电压传感器生成与所述第二相的电压相对应的电压信号；以及第四输入，连接到第三电压传感器，所述第三电压传感器生成与所述第三相的电压相对应的电压信号；其中，所述处理器连接到所述第三输入和所述第四输入，并且基于从所述第三输入和所述第四输入接收的电压测量结果检测来自所述电源的所述电功率的不期望的变化。
11.根据权利要求
10所述的传感器模块，还包括第五输入，连接到第二电流传感器，所述第二电流传感器生成与所述第二相的电流相对应的电流信号；其中，所述处理器连接到所述第五输入，并且基于从所述第五输入接收的电流测量结果检测来自所述电源的所述电功率的不期望的变化。
12.一种用于压缩机的传感器模块，所述压缩机具有连接到电源的电机，所述传感器模块包括第一输入，连接到第一电压传感器，所述第一电压传感器生成与所述电源的电压相对应的电压信号；第二输入，连接到第一电流传感器，所述第一电流传感器生成与所述电源的电流相对应的电流信号；处理器，连接到所述第一输入和第二输入，所述处理器监视所述第一输入和所述第二输入，并基于来自所述第一输入的电压测量结果和来自所述第二输入的电流测量结果检测机械故障；其中，所述处理器布置在所述压缩机的电气保护壳体内，所述电气保护壳体被配置为容纳用于将所述电源连接到所述电机的电气端子。
13.根据权利要求
12所述的传感器模块，其中，所述处理器布置在所述电气保护壳体内的抗干扰壳体内。
14.根据权利要求
12所述的传感器模块，还包括通信端口，用于将与所述机械故障相对应的通知传送到所述压缩机的控制模块、与所述压缩机相关联的系统的系统控制器、便携式计算设备和网络设备中的至少之一。
15.一种压缩机，具有根据权利要求
1所述的传感器模块。
16.一种压缩机，具有根据权利要求
7所述的传感器模块。
17.—种压缩机，具有根据权利要求
12所述的传感器模块。
18.一种用于压缩机的传感器模块，所述压缩机具有连接到电源的电机，所述传感器模块包括第一输入，连接到第一电压传感器，所述第一电压传感器生成与所述电源的电压相对应的电压信号；第二输入，连接到第一电流传感器，所述第一电流传感器生成与所述电源的电流相对应的电流信号；处理器，连接到所述第一输入和第二输入，所述处理器监视所述第一输入和所述第二输入，并基于来自所述第一输入的电压测量结果和来自所述第二输入的电流测量结果检测来自所述电源的电功率的不期望的变化和机械故障中的至少之一；其中，所述处理器布置在所述压缩机的电气保护壳体内，所述电气保护壳体被配置为容纳用于将所述电源连接到所述电机的电气端子。
19.根据权利要求
18所述的传感器模块，其中，所述处理器布置在所述电气保护壳体内的抗干扰壳体内。
20.根据权利要求
18所述的传感器模块，还包括通信端口，用于将与所述不期望的变化和所述机械故障中的至少之一相对应的通知传送到所述压缩机的控制模块、与所述压缩机相关联的系统的系统控制器、便携式计算设备和网络设备中的至少之一。
21.根据权利要求
18所述的传感器模块，其中，所述电源包括第一相、第二相和第三相，其中，由所述第一电压传感器生成的所述电压信号与所述第一相相对应，并且其中，由所述第一电流传感器生成的所述电流信号与所述第一相相对应，所述传感器模块还包括第三输入，连接到第二电压传感器，所述第二电压传感器生成与所述第二相的电压相对应的电压信号；以及第四输入，连接到第三电压传感器，所述第三电压传感器生成与所述第三相的电压相对应的电压信号；其中，所述处理器连接到所述第三输入和所述第四输入，并且基于从所述第三输入和所述第四输入接收的电压测量结果检测来自所述电源的所述电功率的不期望的变化。
22.根据权利要求
21所述的传感器模块，还包括 第五输入，连接到第二电流传感器，所述第二电流传感器生成与所述第二相的电流相对应的电流信号；其中，所述处理器连接到所述第五输入，并且基于从所述第五输入接收的电流测量结果检测来自所述电源的所述电功率的不期望的变化。
专利摘要
提供了一种用于压缩机的传感器模块，压缩机具有连接到电源的电机和布置在压缩机的电气保护壳体内的处理器，电气保护壳体被配置为容纳用于将电源连接到电机的电气端子。传感器模块包括第一输入，连接到电压传感器，电压传感器生成与电源的电压相对应的电压信号；以及第二输入，连接到电流传感器，电流传感器生成与电源的电流相对应的电流信号。处理器连接到第一输入和第二输入。处理器可以基于电压测量结果和电流测量结果计算压缩机的功率因数，检测电源中的不期望的变化和/或检测压缩机的机械故障。
文档编号F04B49/00GKCN201953628SQ200890100287
公开日2011年8月31日 申请日期2008年10月31日
发明者特罗伊·W·伦肯, 纳加拉杰·贾扬蒂 申请人:艾默生环境优化技术有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan