具有控制和诊断模块的压缩机的制作方法
【专利说明】
[0001] 对相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年9月23日提交的美国实用新型申请第14/033,604号的优 先权以及于2012年9月25日提交的美国临时申请第61/705,373号的权益。以上申请的 全部公开内容通过引用合并于本文中。
技术领域
[0003] 本公开涉及压缩机，并且更具体地涉及用于具有运转电容器的压缩机的控制和诊 断的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 该部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息并且可以不构成现有技术。
[0005] 在各种工业和住宅应用中使用压缩机来使制冷装置、热泵、暖通空调（HAVC)或者 冷却系统（统称为"制冷系统"）内的制冷剂循环以提供期望的加热或冷却效果。压缩机可 以包括电机，以提供转矩来驱动压缩机压缩蒸气制冷剂。电机可以由交流（AC)电源或直流 (DC)电源供电。在AC电源的情况下，单相或多相AC可以被输送至电机的绕组。
[0006] 对于单相电源，制冷系统可以包括运转电容器，该运转电容器用于最初存储功率 并且向压缩机供应功率。然而，运转电容器可能随着电容退化或电容完全损失（即，开路状 态）而出现故障。例如，在使用一段时间之后由于老化或过热，而可能发生电容退化或电容 完全损失。电容退化的运转电容器可以使压缩机运行在期望的容量和/或效率性能标准之 下。具有零电容的运转电容器可以使用于压缩机的启动电路成为开路，这可以导致例如在 电机起动之后不久对应的电机保护器电路的锁定转子跳闸。在这样的情况下，电机可能不 向压缩机提供足够的扭矩来旋转，从而导致不产生冷却并且导致制冷系统的操作和使用中 断。因此，期望被设计成预测运转电容器故障比如电容退化或电容完全损失的系统。
【发明内容】
[0007] 提供了一种系统，该系统包括：电源，所述电源生成交流功率以用于对具有电容器 的压缩机供电；电压传感器，所述电压传感器基于所述交流功率来测量多个电压值；电流 传感器，所述电流传感器基于所述交流功率来测量多个电流值；以及控制器。控制器与电压 传感器和电流传感器进行通信，并且基于多个电压值中的至少一个电压值和多个电流值中 的至少一个电流值来确定功率因数值。控制器还基于功率因数和所述多个电流值中的至少 一个电流值来确定电容器的故障。
[0008] 提供了一种方法，该方法包括：用电源生成交流功率以用于对具有电容器的压缩 机供电；用电压传感器、基于交流功率来测量多个电压值；以及用电流传感器、基于交流功 率来测量多个电流值。该方法还包括：用与电压传感器和电流传感器进行通信的控制器、基 于多个电压值中的至少一个电压值和多个电流值中的至少一个电流值来确定功率因数值； 用控制器、基于功率因数和多个电流值中的至少一个电流值来确定电容器的故障；以及将 电容器的故障从控制器传送至用户、服务人员、系统控制器、远程服务器、恒温器、移动设备 以及电子邮件地址中的至少一个。
[0009] 根据在本文中提供的描述，另外的适用领域将变得明显。应当理解，描述和具体示 例意在仅用于说明的目的，而并非意在限制本公开的范围。
【附图说明】
[0010] 在本文中描述的附图仅用于说明的目的，而并非意在以任何方式限制本公开的范 围。
[0011] 图1是制冷系统的示意图。
[0012] 图2是制冷系统的框图。
[0013] 图2a是压缩机电机的示意图。
[0014] 图3是具有运转电容器故障确定系统的控制器的框图。
[0015] 图4是示出了运转电容器故障事件的曲线图。
[0016] 图5是根据本公开的控制算法的流程图。
【具体实施方式】
[0017] 参照图1，示例性制冷系统10可以包括压缩机12。压缩机12可以为往复式压缩 机、涡轮式压缩机或者其他类型的压缩机。压缩机12可以配备有电机来压缩被输送至冷凝 器16的制冷剂蒸气，其中制冷剂蒸气在高压下被液化，从而将热量排向外部空气。冷凝器 16可以包括由电机18驱动的冷凝器风扇17,其中该电机18使空气穿过冷凝器16的旋管 循环。从冷凝器16出去的液体制冷剂被输送至蒸发器20。由于热空气移动穿过蒸发器，所 以液体变成气体，从而从空气去除热量并且冷却制冷空间。这种低压气体被输送至压缩机 12并且再次被压缩为高压气体以再次启动制冷循环。虽然在图1中制冷系统10被示出为 具有一个压缩机12、冷凝器16以及蒸发器20,然而该制冷系统10可以被配置有任何数目 的压缩机12、冷凝器18、蒸发器20或者其他制冷系统部件。
[0018] 压缩机12可以配备有控制器24。如在本文所描述的，控制器24可以监视被输送 至压缩机12和电机18的电功率，该电机18驱动具有一个或更多个电压传感器和一个或更 多个电流传感器的冷凝器风扇17。基于随着时间推移的电功率测量值，比如电流（I)和电 压（V)，控制器24可以确定并且监视压缩机12的电机随着时间推移的视在功率、实际功率、 功率消耗以及功率因数计算值。
[0019] 控制器24可以基于电流⑴测量值和电压（V)测量值并且基于从其他压缩机或 制冷系统传感器接收的其他压缩机和制冷系统数据来监视并且控制压缩机12的操作。
[0020] 控制器24可以基于从一个或更多个电压传感器和一个或更多个电流传感器接收 的数据来激活或停用压缩机12。例如，控制器24可以基于过大的电流或电压状况、不足的 电流或电压状况、电流或电压不平衡状况或者相位损失或电流延迟状况（如果使用多相电 源）来停用压缩机12。
[0021] 控制器24可以被使用并且被配置成控制制冷系统10的整体操作。控制器24可以 监视制冷系统操作状况，比如冷凝器温度和压力、和蒸发器温度和压力、以及环境状况比如 环境温度，以确定制冷系统负载和需求。例如，控制器24可以从压缩机排出温度传感器50 接收压缩机排出温度值。可替代地，可以使用压缩机排出压力传感器。另外，控制器24可以 从位于冷凝器16处的冷凝器温度传感器51接收冷凝器温度值。可替代地，可以使用冷凝器 压力传感器。此外，制冷系统10可以包括一起工作来控制制冷系统的多个控制器。例如，控 制器24可以为位于室外单元处的室外单元控制器，其中该室外单元包括压缩机12、冷凝器 16和具有电机18的冷凝器风扇17。在这样的情况下，控制器24可以与例如室内单元控制 器和/或室内恒温器进行通信，该室内单元控制器和/或室内恒温器可以监视室内状况比 如室内温度，并且向控制器24传送激活或停用命令或者容量需求指令。控制器24可以接 收命令或指令，并且基于所接收的命令或指令来适当地控制室外单元的部件，即压缩机12 和具有电机18的冷凝器风扇17。控制器24可以基于操作状况来调整设置点以使制冷系统 10的效率最大化，或者可以接收来自室内单元控制器或室内恒温器的适当的指令来调整设 置点以使效率最大化。控制器24还可以监视制冷系统10的室内单元的供应空气的温度和 返回空气的温度。可替代地，室内单元控制器或室内恒温器可以监视室内单元的供应空气 的温度和返回空气的温度并且可以将这样的数据传送至控制器24。控制器24可以基于如 下所述的电功率测量值和计算值来评估效率。
[0022] 参照图2,制冷系统10的框图被示出在HVAC应用中。例如，制冷系统10可以安 装在HVAC应用中，其中，室内单元104包括蒸发器20 (图1)和空气处理器单元，并且室内 单元104位于建筑物比如办公室、零售商店或家中，并且其中，室外单元包括压缩机12、冷 凝器16以及具有电机18的冷凝器风扇17。制冷系统10包括交流（AC)电源120,该交流 (AC)电源120向压缩机12的电机148并且向用于驱动冷凝器风扇17的电机18供应电功 率。室内单元104通过管道系统供应被调节的空气（供应空气）。空气通过该管道系统并 且返回（返回空气）至室内单元104。室内单元104包括供应空气温度传感器124和返回 空气温度传感器128。供应空气温度传感器124感测由室内单元104供应的供应空气温度 并且将该供应空气温度传送至控制器24。类似地，返回空气温度传感器128监视返回到室 内单元104的返回空气温度并且将该返回空气温度传送至控制器24。如以上所讨论的，供 应空气温度传感器124和返回空气温度传感器128还可以将供应空气温度和返回空气温度 数据传送至室内单元控制器和/或室内恒温器，该室内单元控制器和/或室内恒温器又可 以将供应空气温度和返回空气温度数据传送至控制器24。
[0023] 电源120经由电气端子Ll和L2被电耦接至压缩机12和冷凝器风扇17。这样，电 源120向压缩机12的电机148和冷凝器风扇17的电机18供应功率。压缩机12还可以被 电耦接至运转电容器132和接触器开关136。运转电容器132被布置在电源120与压缩机 12之间。该运转电容器132在制冷系统10被通电时存储由电源120供应的功率。当制冷 系统10被通电时，接触器开关136被控制器24电气地或机械地闭合以使电流流动至压缩 机12。当接触器开关136闭合时，功率被供应到冷凝器风扇17并且被供应到运转电容器 132。运转电容器132存储由电源120供应的功率，运转电容器132然后通过向压缩机12 供应所存储的功率来向压缩机12提供初始功率。
[0024] 现在参照图2a，示出了压缩机电机148的