一种空调压缩机驱动系统、空调压缩机及空调的制作方法

本发明涉及电机驱动技术领域，尤其涉及一种空调压缩机驱动系统、空调压缩机及空调。

背景技术：

压缩机是整个空调系统的心脏，冷媒循环、制冷制热运行均依赖于压缩机的动力输出。而电机是压缩机内部的重要组成部分，也是其动力来源，由电机旋转带动压缩机气缸完成吸气、压缩、排气等功能。

图1所示为传统空调压缩机的结构示意图，一般包括接线端子01、气缸02、以及与气缸02连接的气液分离器03；接线端子01与电机04通过电机引线05连接；电机04带动气缸02的转子运动以压缩气体。电机04的绕组结构如图2所示，电机04的三个绕组u、v、w采用星形绕组结构，将各绕组的一端连接在一起形成一个公共的中心点。图3为传统空调压缩机驱动系统的结构示意图，交流电源06经功率因数校正单元(powerfactorcorrection，pfc)和电解电容011变成直流电源，然后通过逆变桥012给压缩机的电机04供电，控制压缩机运行，其中功率因数校正单元的具体结构如图3中虚线框所示，一般包括整流桥07、电感08、开关管09和二极管010。参考图2和图3所示，由于传统空调压缩机中的电机采用星形绕组结构，以spwm(sinusoidalpulsewidthmodulation，正弦脉宽调制)算法为例，电机04的最大相电压仅为压缩机逆变桥012的直流侧电压udc的一半左右，即现有技术中星形绕组的电机04的电压利用率较低，这样使得电机04的恒转矩区较窄，从而导致压缩机的运行频率和运行效率均较低，进而导致空调能效较差。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种空调压缩机驱动系统、空调压缩机及空调，能够提高空调压缩机的运行频率和运行效率，进而提高空调能效。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种空调压缩机驱动系统，包括：

第一直流电源模块、第一薄膜电容、第一逆变桥、开绕组电机和第二逆变桥；

所述第一薄膜电容、所述第一逆变桥和所述第二逆变桥并联接在所述第一直流电源模块的两端；

所述开绕组电机的三个绕组的一端分别连接在所述第一逆变桥的三个输出端上；所述开绕组电机的三个绕组的另一端分别连接在所述第二逆变桥的三个输出端上。

另一方面，本发明实施例提供一种空调压缩机驱动系统，包括：

第一直流电源模块、第二直流电源模块、第一薄膜电容、第二薄膜电容、第一逆变桥、开绕组电机和第二逆变桥；

所述第一薄膜电容和所述第一逆变桥并联接在所述第一直流电源模块的两端；所述第二薄膜电容和所述第二逆变桥并联接在所述第二直流电源模块的两端；

所述开绕组电机的三个绕组的一端分别连接在所述第一逆变桥的三个输出端上；所述开绕组电机的三个绕组的另一端分别连接在所述第二逆变桥的三个输出端上。

再一方面，本发明实施例提供一种空调压缩机，包括上述任意一种所述的空调压缩机驱动系统。

又一方面，本发明实施例提供一种空调，包括上述任意一种所述的空调压缩机。

本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统、空调压缩机及空调，所述空调压缩机驱动系统包括第一直流电源模块、第一薄膜电容、第一逆变桥、开绕组电机和第二逆变桥；第一薄膜电容、第一逆变桥和第二逆变桥并联接在第一直流电源模块的两端；开绕组电机的三个绕组的一端分别连接在第一逆变桥的三个输出端上；开绕组电机的三个绕组的另一端分别连接在第二逆变桥的三个输出端上。相较于现有技术，本发明实施例中的空调压缩机驱动系统由于采用了开绕组电机，开绕组电机中每个绕组的相电压最大基波幅值均为udc，这样相较于传统星形绕组电机，开绕组电机的电压利用率提升了一倍，使得空调压缩机的恒转矩区也扩大了一倍，进而使得空调压缩机可以运行在更高的频率下，即提高了空调压缩机的运行频率和运行效率，进而提高了空调能效；同时，由于本发明实施例中将传统的电解电容替换成了体积较小的第一薄膜电容，这样减小了空调压缩机驱动系统所占的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的空调压缩机结构示意图；

图2为现有技术提供的压缩机电机的绕组结构示意图；

图3为现有技术提供的空调压缩机驱动系统示意图；

图4为本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统示意图一；

图5为本发明实施例提供的开绕组电机的绕组结构示意图；

图6为现有技术提供的空调压缩机驱动系统的电压特性示意图；

图7为本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统的电压特性示意图；

图8为本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统示意图二；

图9为本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统示意图三；

图10为本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统示意图四；

图11为本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统示意图五；

图12为本发明实施例提供的空调压缩机驱动系统示意图六；

图13为本发明实施例提供的空调压缩机结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在现有技术中，对于无电解电容的空调压缩机驱动系统而言，由于取消了电解电容，容易导致空调压缩机驱动系统的直流母线产生较大波动，此波动很容易传递到压缩机侧，从而引起压缩机运行不稳定，加大了控制难度；同时由于直流母线电压波动较大，当压缩机运行在高频率段时，直流电压波谷无法保证压缩机的正常驱动，必须进行深度的弱磁控制，才能避免压缩机处于惯性旋转状态，而深度弱磁控制必然会使压缩机效率大大降低。

现有的提高无电解电容方案的高频运行范围一般有两种方法：第一是对压缩机重新进行设计，使其具有较低的反电势，从而满足高频率段的输出能力要求。这样做的缺点在于，重新设计会对现有压缩机的参数改动较大，验证周期较长；并且反电势较低的压缩机，需要输入电流较大，会影响压缩机效率。第二是采用过调制控制技术以提高电压利用率，并配合深度弱磁控制技术进行控制。但深度弱磁控制需要向电机内注入额外的电流，这会产生额外的损耗，也会影响压缩机效率。

本发明实施例提供一种空调压缩机驱动系统，包括：第一直流电源模块10、第一薄膜电容11、第一逆变桥12、开绕组电机13和第二逆变桥14；第一薄膜电容11、第一逆变桥12和第二逆变桥14并联接在第一直流电源模块10的两端；开绕组电机13的三个绕组的一端分别连接在第一逆变桥12的三个输出端上；开绕组电机13的三个绕组的另一端分别连接在第二逆变桥14的三个输出端上。

参考图4和图5所示，开绕组电机13相较于传统的星形绕组电机，取消了绕组的公共中心点，将绕组另一端也从空调压缩机内部引出。这样当第一逆变桥12的s1-1和第二逆变桥14的s2-4同时开通时，绕组u1u2相电压最大基波幅值为udc；同理对于绕组v1v2和w1w2，其相电压最大基波幅值同样也可以达到udc，这样使得开绕组电机13的电压利用率提高了一倍。

这种高电压利用率特性使得无电解电容的空调压缩机驱动系统不必重新设计压缩机参数，仍然可以满足高频率段的输出能力要求。图6所示为传统的无电解电容的空调压缩机驱动系统的电压特性示意图；其中k1为电压利用率，udc为直流母线电压，e0为电机反电势，当k1udc>e0时，可以正常驱动压缩机；而当k1udc<e0时，必须通过深度弱磁控制才可以满足高频运行的要求。而本发明实施例中的无电解电容的空调压缩机驱动系统的电压特性如图7所示，由于提高了电压利用率k2，使得有效电压曲线整体上移，大部分大于电机反电势e0，因此不需要重新设计压缩机参数，也就避免了低反电势电机所带来的损耗增加问题；并且只需少量弱磁或者不需要弱磁也能实现压缩机高频运行。

参考图4所示，第一直流电源模块10用于提供直流电压，第一直流电源模块10可以是一个直流电压源，也可以是由交流电压源和pfc组成的模块结构，本发明实施例对此不做限定。

这样一来，相较于现有技术，本发明实施例中的空调压缩机驱动系统由于采用了开绕组电机，开绕组电机中每个绕组的相电压最大基波幅值均为udc，这样相较于传统星形绕组电机，开绕组电机的电压利用率提升了一倍，使得空调压缩机的恒转矩区也扩大了一倍，进而使得空调压缩机可以运行在更高的频率下，即提高了空调压缩机的运行频率和运行效率，进而提高了空调能效；同时，由于本发明实施例中将传统的电解电容替换成了体积较小的第一薄膜电容，这样减小了空调压缩机驱动系统所占的体积。

进一步的，参考图4和图8所示，第一直流电源模块10包括第一交流电源15、以及接在第一交流电源15两端的第一功率因数校正单元16；第一薄膜电容11、第一逆变桥12和第二逆变桥14并联接在第一功率因数校正单元16的两端。其中，第一功率因数校正单元16用于将交流电压转变为直流电压，起到整流左右。

参考图9所示，第一功率因数校正单元16一般包括：第一整流桥17和第一电感18；第一整流桥17、第一电感18和第一薄膜电容11串联形成回路。

对比图9和图3所示，在将电解电容011替换成体积较小的第一薄膜电容11后，还去掉了开关管09和二极管010，使得第一功率因数校正单元16的结构较为简单，这样进一步减小了空调压缩机驱动系统的体积，同时降低了成本。

其中，第一整流桥17为全桥结构。

在实际应用中，开绕组电机13可以为永磁同步电机，也可以是异步电机，本发明实施例对此不做限定。由于永磁同步电机单位体积的功率比较大、力矩波动小，且运行效率高，使得应用永磁同步电机的压缩机在制冷、制热时更为平稳，噪声更小，且运行效率较高，节能效果更佳。因而较佳的，开绕组电机13为开绕组永磁同步电机。

本发明另一实施例提供一种空调压缩机驱动系统，包括：第一直流电源模块10、第二直流电源模块19、第一薄膜电容11、第二薄膜电容20、第一逆变桥12、开绕组电机13和第二逆变桥14；第一薄膜电容11和第一逆变桥12并联接在第一直流电源模块10的两端；第二薄膜电容20和第二逆变桥14并联接在第二直流电源模块19的两端；开绕组电机13的三个绕组的一端分别连接在第一逆变桥12的三个输出端上；开绕组电机13的三个绕组的另一端分别连接在第二逆变桥14的三个输出端上。

对比图4和图10可知，图4中仅包括第一直流电源模块10，而图10中包括第一直流电源模块10和第二直流电源模块19；由于图4中的单电源系统会产生零序电流，而零序电流的存在会影响开绕组电机13的电流波形，增加开绕组电机13的转矩波动和损耗，这对开绕组电机13均是有害的，因而需要从算法上进行抑制，但这样又会增加控制的难度；而图10中的双电源系统会从根本上抑制零序电流的产生，从而不需要利用算法进行抑制，进而降低了控制难度。

需要说明的是，第一逆变桥12和第二逆变桥14的直流母线可以连接在一起，也可以不连接在一起，本发明实施例对此不做限定。将第一逆变桥12和第二逆变桥14的直流母线连接在一起的结构可以称为共母线结构；将第一逆变桥12和第二逆变桥14的直流母线不连接在一起的结构可以称为隔离母线结构，如图10所示。

在实际应用中，开绕组电机13可以为永磁同步电机，也可以是异步电机，本发明实施例对此不做限定。由于永磁同步电机单位体积的功率比较大、力矩波动小，且运行效率高，使得应用永磁同步电机的压缩机在制冷、制热时更为平稳，噪声更小，且运行效率较高，节能效果更佳。因而较佳的，开绕组电机13为开绕组永磁同步电机。

参考图10所示，开绕组电机13相较于传统的星形绕组电机，取消了绕组的公共中心点，将绕组另一端也从空调压缩机内部引出。这样当第一逆变桥12的s1-1和第二逆变桥14的s2-4同时开通时，绕组u1u2相电压最大基波幅值为udc；同理对于绕组v1v2和w1w2，其相电压最大基波幅值同样也可以达到udc，这样使得开绕组电机13的电压利用率提高了一倍。这种高电压利用率特性使得无电解电容的空调压缩机驱动系统不必重新设计压缩机参数，仍然可以满足高频率段的输出能力要求。由于不需要重新设计压缩机参数，也就避免了低反电势电机所带来的损耗增加问题；并且只需少量弱磁或者不需要弱磁也能实现压缩机高频运行。

这样一来，相较于现有技术，本发明实施例中的空调压缩机驱动系统由于采用了开绕组电机，开绕组电机中每个绕组的相电压最大基波幅值均为udc，这样相较于传统星形绕组电机，开绕组电机的电压利用率提升了一倍，使得空调压缩机的恒转矩区也扩大了一倍，进而使得空调压缩机可以运行在更高的频率下，即提高了空调压缩机的运行频率和运行效率，进而提高了空调能效；同时，由于本发明实施例中采用了双电源结构，因而抑制了零序电流的产生，进而降低了控制难度；另外，由于本发明实施例中将传统的电解电容替换成了体积较小的第一薄膜电容，这样减小了空调压缩机驱动系统所占的体积。

参考图10所示，第一直流电源模块10用于提供直流电压，第一直流电源模块10可以是一个直流电压源，也可以是由交流电压源和pfc组成的模块结构，本发明实施例对此不做限定。较佳的，如图11所示，第一直流电源模块10包括第一交流电源15、以及接在第一交流电源15两端的第一功率因数校正单元16；第一薄膜电容11和第一逆变桥12并联接在第一功率因数校正单元16的两端；第二直流电源模块19包括第二交流电源21、以及接在第二交流电源21两端的第二功率因数校正单元22；第二薄膜电容20和第二逆变桥14并联接在第二功率因数校正单元22的两端。

参考图12所示，第一功率因数校正单元16包括第一整流桥17和第一电感18；第一整流桥17、第一电感18和第一薄膜电容11串联形成回路；第二功率因数校正单元22包括：第二整流桥23和第二电感24；第二整流桥23、第二电感24和第二薄膜电容20串联形成回路。其中，第一整流桥17和第二整流桥23均为全桥结构。

对比图12和图3所示，在将电解电容011替换成体积较小的第一薄膜电容11、第二薄膜电容20后，还去掉了开关管09和二极管010，使得第一功率因数校正单元16和第二功率因数校正单元22的结构较为简单，这样进一步减小了空调压缩机驱动系统的体积，同时降低了成本。

本发明再一实施例提供一种空调压缩机，包括上述任意一种所述的空调压缩机驱动系统。本发明实施例中的空调压缩机驱动系统由于采用了开绕组电机，开绕组电机中每个绕组的相电压最大基波幅值均为udc，这样相较于传统星形绕组电机，开绕组电机的电压利用率提升了一倍，使得空调压缩机的恒转矩区也扩大了一倍，进而使得空调压缩机可以运行在更高的频率下，即提高了空调压缩机的运行频率和运行效率，进而提高了空调能效；同时，由于本发明实施例中采用了双电源结构，因而抑制了零序电流的产生，进而降低了控制难度；另外，由于本发明实施例中将传统的电解电容替换成了体积较小的第一薄膜电容，这样减小了空调压缩机驱动系统所占的体积。

进一步的，参考图13所示，所述空调压缩机还包括接线端子25、气缸26、以及与气缸26连接的气液分离器27；接线端子25与开绕组电机13通过电机引线28连接；开绕组电机13的转轴与气缸26的转子连接。在实际应用中，当开绕组电机13通电工作时，开绕组电机13的转轴带动气缸26的转子运动，以改变压缩机腔内部容积大小来进行气体压缩。

本发明又一实施例提供一种空调，包括上述任意一种所述的空调压缩机。本发明实施例中的空调压缩机由于采用了开绕组电机，开绕组电机中每个绕组的相电压最大基波幅值均为udc，这样相较于传统星形绕组电机，开绕组电机的电压利用率提升了一倍，使得空调压缩机的恒转矩区也扩大了一倍，进而使得空调压缩机可以运行在更高的频率下，即提高了空调压缩机的运行频率和运行效率，进而提高了空调能效；同时，由于本发明实施例中采用了双电源结构，因而抑制了零序电流的产生，进而降低了控制难度；另外，由于本发明实施例中将传统的电解电容替换成了体积较小的第一薄膜电容，这样减小了空调压缩机驱动系统所占的体积。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。