空调器中室外风机的台风电源保护电路、室外机及空调器的制作方法

本实用新型涉及空调器技术领域，特别涉及一种空调器中室外风机的台风电源保护电路、一种具有该保护电路的室外机及一种空调器。

背景技术：

相关技术中的空调器通过变频器驱动室外风机运转。在相关技术中，空调器中的室外风机如果遇到外风(台风或者强台风)，则处于停机状态下的电机也会发生旋转。如果外风风速较大，则电机的转速较高，电机自身产生较大的感应电压，感应电压引起的再生电压如果超过变频器中的电子器件(例如电容)的耐压值，则会造成电子器件损坏，降低了产品的可靠性，造成经济损失，用户体验较差。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种空调器中室外风机的台风电源保护电路，该保护电路可以解决台风引起的电子器件损坏的问题。

本实用新型的另一个目的在于提出一种室外机。本实用新型的又一个目的在于提出一种空调器。

为达到上述目的，本实用新型一方面提出了一种空调器中室外风机的台风电源保护电路，包括：变频器，所述变频器包括三相逆变单元和控制单元，所述三相逆变单元的直流端用以连接高压直流电源，所述三相逆变单元的三相输出端用以连接所述室外风机中的电机；两相可控开关，所述两相可控开关连接在所述三相输出端中的任意两相输出端与所述电机之间，所述两相可控开关的控制端与所述控制单元相连，其中，在所述空调器停机时所述控制单元控制所述两相可控开关断开。

根据本实用新型提出的空调器中室外风机的台风电源保护电路，通过两相可控开关连接在变频器的三相输出端中的任意两相输出端与电机之间，当空调器启动工作时，三相逆变单元的任意两相输出端通过两相可控开关与室外风机中的电机相连，当空调器停机时，控制单元控制两相可控开关断开。由此可知，本实用新型的保护电路在空调器停机时通过两相可控开关断开变频器与电机的连接，从而避免台风状态下室外风机的电机的感应电压引起变频器直流端过电压，避免台风引起的电子器件损坏，提高了产品的可靠性，减少经济损失，提升了用户体验。

具体地，所述两相可控开关可为继电器，所述继电器采用2极1接点的方式连接在所述任意两相输出端与所述电机之间。

具体地，所述三相逆变单元包括第一至第六开关管，第一开关管与第二开关管构成第一桥臂，第三开关管与第四开关管构成第二桥臂，第五开关管与第六开关管构成第三桥臂，所述第一桥臂具有第一节点，所述第二桥臂具有第二节点，所述第三桥臂具有第三节点，所述第一节点、所述第二节点和所述第三节点构成所述三相输出端。

优选地，所述第一至第六开关管可为IGBT或MOSFET。

为达到上述目的，本实用新型另一方面提出的一种室外机，包括所述的空调器中室外风机的台风电源保护电路。

根据本实用新型提出的室外机，通过上述空调器中室外风机的台风电源保护电路，在空调器停机时通过两相可控开关断开变频器与电机的连接，从而避免台风状态下室外风机的电机的感应电压引起变频器直流端过电压，避免台风引起的电子器件损坏，提高了产品的可靠性，减少经济损失，提升了用户体验。

为达到上述目的，本实用新型又一方面提出一种空调器，包括所述的室外机。

根据本实用新型提出的空调器，通过上述室外机，在空调器停机时通过两相可控开关断开变频器与电机的连接，从而避免台风状态下室外风机的电机的感应电压引起变频器直流端过电压，避免台风引起的电子器件损坏，提高了产品的可靠性，减少经济损失，提升了用户体验。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路的方框示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路的电路原理图；

图3a是根据本实用新型一个实施例的空调器中室外风机的风轮叶片的侧视图；

图3b是根据本实用新型另一个实施例的空调器中室外风机的风轮叶片的结构示意图；

图3c是根据本实用新型一个实施例的空调器中室外风机的风轮叶片的主视图；

图4是根据本实用新型实施例的室外机的方框示意图；以及

图5是根据本实用新型实施例的空调器的方框示意图。

附图标记：

变频器10、两相可控开关20、高压直流电源30和电机40；

三相逆变单元101和控制单元102；

第一开关管Q1至第六开关管Q6；

空调器中室外风机的台风电源保护电路100、室外机200和空调器300。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图来描述本实用新型实施例提出的空调器中室外风机的台风电源保护电路、具有该保护电路的室外机及空调器。

图1是根据本实用新型实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路的方框示意图。如图1所示，该台风电源保护电路包括：变频器10和两相可控开关20。

其中，变频器10包括三相逆变单元101和控制单元102，三相逆变单元101的直流端用以连接高压直流电源30，三相逆变单元101的三相输出端用以连接室外风机中的电机40；两相可控开关20连接在三相输出端中的任意两相输出端与电机40之间，两相可控开关20的控制端与控制单元102相连，其中，在空调器停机时控制单元102控制两相可控开关20断开。

根据本实用新型的一个实施例，两相可控开关20可为继电器，继电器采用2极1接点的方式连接在任意两相输出端与电机40之间。

举例来说，如图2所示，三相逆变单元101的三相输出端A、B、C中的B端和C端通过两相可控开关20分别与电机40的V相绕组和W相绕组相连，且三相输出端A、B、C中的A端与电机40的U相绕组直接相连。在空调器启动工作时，两相可控开关20闭合，三相逆变单元101对高压直流电源30提供的直流电进行逆变处理以输出三相交流电，并将三相交流电提供给电机40，以为电机40供电。当空调器停止工作时，控制单元102控制两相可控开关20断开，三相逆变单元101的三相输出端中的B端和C端断开与电机40的V相绕组和W相绕组的连接，变频器10与电机40之间的回路断开，这样，在遭遇台风时，室外风机的风轮带动电机40的转子发生转动，电机40的转子切割电机40的磁场产生感应电压，电机40自身的感应电压不会引起变频器10直流端过电压。

由此，可以避免台风引起的电子器件损坏，对电源电路进行有效保护，提高了产品的可靠性，减少经济损失，提升了用户体验。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，三相逆变单元101包括第一开关管Q1至第六开关管Q6，第一开关管Q1与第二开关管Q2构成第一桥臂，第三开关管Q3与第四开关管Q4构成第二桥臂，第五开关管Q5与第六开关管Q6构成第三桥臂，第一桥臂具有第一节点，第二桥臂具有第二节点，第三桥臂具有第三节点，第一节点、第二节点和第三节点构成三相输出端。

根据本实用新型的一个具体实施例，第一开关管Q1至第六开关管Q6可为IGBT管或MOSFET管。

具体来说，在空调器启动工作时，控制单元102控制两相可控开关20闭合，变频器10的驱动单元驱动第一开关管Q1至第六开关管Q6按照预设规律开通和关断，以对高压直流电源30提供的直流电进行逆变处理，并将逆变处理后的三相交流电提供给电机40，以为电机40供电。在空调器停止工作时，控制单元102控制两相可控开关20断开，变频器10停止动作，第一开关管Q1至第六开关管Q6关断，在外风作用于室外风机时，电机40的感应电压产生的直流电压Vdc直接加载到三相逆变单元101的三个桥臂上，其中，第一开关管Q1和第二开关管Q2两端的电压分别为Vdc/2，第三开关管Q3和第四开关管Q4两端的电压分别为Vdc/2，第五开关管Q5和第六开关管Q6两端的电压分别为Vdc/2。由于IGBT管的耐压值通常可为600V，MOSFET管的耐压值通常可为500V。这样，即使直流电压Vdc达到1000V，也不会超过第一开关管Q1至第六开关管Q6的耐压值。

进一步地，变频器10的直流端并联电解电容，电解电容用于对直流电进行滤波处理，其中，电解电容的额定电压通常可为直流400V，电解电容可承受的最大浪涌电压的电压值为450V，相对于IGBT管或MOSFET管的耐压值，电解电容的耐压值较低。这样，只需设置电机40的感应电压常数Ke的值，以使在遭遇台风时，电机40的感应电压产生的直流电压Vdc低于电解电容的耐压值(例如最大浪涌电压的电压值450V)，即可避免台风引起的电子器件的损坏，对电源电路进行有效保护。

下面具体描述本实用新型实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路的工作原理。

具体来说，在遭遇台风时，台风作用于室外风机，产生的外力使电机40发生旋转，电机40在旋转过程中交链磁通产生感应电压，假设电机40的相电压分别为Vu、Vv和Vw，电机40的线电压分别为Vuv、Vvw和Vwu，其中，线电压的电压值是相电压的电压值的倍，例如

在本实用新型的实施例中，电机40的感应电压常数Ke可由电机40在转速为1000rpm时的相电压Vu(Vv、Vw)的有效值，即感应电压E决定，且满足公式Ke＝1000*E/Ns。由于电机40的中性点没有对外输出电压，在电机40的转速Ns为1000rpm时，根据电机40的感应电压常数Ke可知电机40的相电压Vu，通过公式计算电机40的线电压(例如Vuv)。当两相可控开关20断开时，电机40空载，在外风作用下发生转动产生感应电压，电机40自身的感应电压与转数成正比，因此，电机40在自由转速Ns下的感应电压可换算成1000rpm进行计算。

举例来说，如果电机40的感应电压常数Ke为100V/krpm，则电机40在外风作用下的转速Ns为1000rpm时，电机40的相电压为100V，此时，电机40的线电压的有效值为相电压的倍即173V，电机40的最大电压值是相电压的倍即245V，且电机40的感应电压进行三相全波整流后输出的直流电压为245V。

下面结合图3a、3b和3c，以台风风速v＝40m/s，室外风机的风轮型号为ZL-700*202*20-3N为例，对外风引起的电机40的转速Ns(rps)进行推导。

1)如图3a和图3c所示，风轮安装在电机40上，当空调器的工作过程中没有外风，且电机40带动风轮旋转时，假设风轮产生的风量为Q(m³/s)，风轮的面积为S(m²)，风轮的叶片个数为nh个，风轮的高度为d(m)，风轮的外形尺寸的径向长度为a(m)，风轮安装部的径向长度为b(m)，风量Q与台风风速v满足下式：

其中，风量Q满足下式：

根据风轮的型号ZL-700*202*20-3N可知，a＝700mm，b＝155.9mm，d＝202mm，nh＝3，风轮的面积结合公式(1)和(2)可得下式：

将数据分别代入公式(2)和公式(3)可知，

v＝d×nh×Ns＝0.202×3×Ns＝0.606×Ns (5)

当电机40的转速Ns为1000rpm(即16.67rps)时，型号ZL-700*202*20-3N的风轮的风速v＝0.606×16.67＝10.1(m/s)。

2)如图3b所示，当外风作用于风轮叶片上时，风轮发生旋转，一方面，由于风轮叶片的形状，使得外风作用力F1转化为旋转作用力F2和垂直于地面的作用力F3，导致风速降低；另一方面，室外机的热交换器相当于风电阻，也会导致风速降低。因此，在遭遇台风时，外风作用于风轮叶片的风速降低，风速的变换效率可为η，其中，变换效率η与风轮的形状和室外机的热交换器的规格有关。

根据本实用新型的一个具体实施例，变换效率η可为70％。如果外风风速v＝10.1m/s，则电机40的转速Ns≈1000rpm×70％＝700rpm。如果电机40空载，则电机40在外风作用下自由旋转，电机40的转速Ns与外风风速v成正比。也就是说，当外风风度v为40m/s时，电机40的转速

假设在遭遇台风时外风风速达到40m/s，且室外风机的风轮的外形尺寸的径向长度为a为700mm，风轮的高度为d为202mm，风轮的叶片个数nh为3个，风速的变换效率η为70％，经过上述分析可知，电机40的转速Ns为2772rpm。根据公式Ke＝1000*E/Ns可知，如果要求电机40的感应电压产生的直流电压Vdc低于450V，则电机40的感应电压常数Ke需满足下列关系：

根据本实用新型的一个具体实施例，电机40的型号可为Panasonic WZDK100-38G，电机40的感应电压常数Ke为74.56V/krpm，电机40的感应电压产生的直流电压由于电解电容在常温(例如20℃)下的实际耐压值为550V，因此，电解电容不会损坏。

需要说明的是，室外风机的风轮不同，电机40的感应电压常数Ke也需要做相应的调整，以保证在遭遇台风时电机40的感应电压产生的直流电压Vdc低于电解电容的耐压值。

综上，根据本实用新型实施例提出的空调器中室外风机的台风电源保护电路，通过两相可控开关连接在变频器的三相输出端中的任意两相输出端与电机之间，当空调器启动工作时，三相逆变单元的任意两相输出端通过两相可控开关与室外风机中的电机相连，当空调器停机时，控制单元控制两相可控开关断开。由此可知，本实用新型的保护电路在空调器停机时通过两相可控开关断开变频器与电机的连接，从而避免台风状态下室外风机的电机的感应电压引起变频器直流端过电压，避免台风引起的电子器件损坏，提高了产品的可靠性，减少经济损失，提升了用户体验。

图4是根据本实用新型实施例的室外机的方框示意图。如图4所示，该室外机200包括空调器中室外风机的台风电源保护电路100。

综上，根据本实用新型实施例提出的室外机，通过上述空调器中室外风机的台风电源保护电路，在空调器停机时通过两相可控开关断开变频器与电机的连接，从而避免台风状态下室外风机的电机的感应电压对变频器引起变频器直流端过电压，避免台风引起的电子器件损坏，对电源电路进行有效保护，提高了产品的可靠性，减少经济损失，提升了用户体验。

图5是根据本实用新型实施例的空调器的方框示意图。如图5所示，该空调器300包括室外机200。

综上，根据本实用新型实施例提出的空调器，通过上述室外机，在空调器停机时通过两相可控开关断开变频器与电机的连接，从而避免台风状态下室外风机的电机的感应电压引起变频器直流端过电压，避免台风引起的电子器件损坏，对电源电路进行有效保护，提高了产品的可靠性，减少经济损失，提升了用户体验。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。