变频驱动有源谐波缓解控制和诊断的制作方法
【专利说明】变频驱动有源谐波缓解控制和诊断
【背景技术】
[0001] 变频驱动为加热、通风、空调或制冷（HVACR)应用提供许多潜在的优点，包括用于 增强效率、控制以及性能的机会。然而，其也提出许多设计挑战，包括需要缓解由于电源线 输入谐波电流和/或端子电压而引起的谐波损耗。已经提出了各种技术以缓解谐波，包括 链路扼流圈、线路反应器、多相技术、谐波滤波器以及这些和其它技术的组合。还可使用有 源谐波衰减、消除或阻尼技术来缓解谐波。这些及其它有源谐波缓解("AHM")技术一般地利 用针对谐波失真的存在和特性来分析给定驱动信号并生成缓解命令或信号的控制，该缓解 命令或信号被配置成提供期望衰减、消除或阻尼以产生期望的经修正的驱动信号，例如以 产生正弦波的更精确合成近似、或者以缓解到变频驱动的输入端/输出端的谐波反馈。其 可单独地或与其它技术组合地实现。虽然AHM技术提供了许多潜在益处，但其还提出相对 于HVACR应用的许多未预料到的挑战和问题。HVACR应用的各种占空比要求可以产生控制 状态，其虽然从谐波缓解的角度看是期望的，但是具有损坏系统的潜在可能。这些问题在利 用永磁电动机的应用中令人特别感兴趣，虽然其也广泛地适用于其它系统。对于本文公开 的独特且创造性的装置、方法和系统存在明显的需要。
[0002] 公开 出于清楚地、简明地且精确地描述本发明的示例性实施例、完成和使用所述示例性实 施例的方式和过程以及为了使得能够实现所述示例性实施例的实施、完成和使用，现在将 对某些示例性实施例进行参考，包括附图中所示的那些，并且将使用具体语言来对其进行 描述。应理解的是，并不从而产生对本发明的范围的限制，并且本发明包括且保护本发明相 关领域的技术人员将想到的对于示例性实施例的此类变更、修改以及进一步的应用。
【发明内容】
[0003] 公开了用于控制和诊断变频驱动有源谐波缓解的装置、方法和系统。示例性控制 和诊断包括操作变频驱动，其将AC输入线电压转换成DC电压，使用该DC电压生成电动机 控制信号，并且用该电动机驱动信号来驱动电动机。谐波缓解信号被提供给该驱动并被配 置成在驱动操作的期间至少部分地缓解谐波。基于与驱动输入相关联的误差条件的存在而 禁止谐波缓解信号。基于误差条件的不存在而终止所述禁止。诊断故障条件基于误差条件 的多次发生。根据以下描述和附图，更多实施例、形式、目的、特征、优点、方面以及益处将变 得显而易见。
【附图说明】
[0004] 图1是示例性HVACR系统的示意图。
[0005] 图2是示例性变频驱动和永磁电动机的示意图。
[0006] 图3和4是图示出示例性控制和诊断过程的流程图。
[0007] 图5是图示出示例性控制和诊断的框图。
【具体实施方式】
[0008] 参考图1，图示出示例性HVACR系统100,其包括包含压缩机110、冷凝器120以及 蒸发器130的制冷剂回路。制冷剂在闭合回路中通过系统100从压缩机110流动至冷凝器 120至蒸发器130并返回压缩机110。各种实施例还可包括附加的制冷剂回路元件，包括例 如用于控制制冷剂流动的阀、制冷剂过滤器、节热器、油分离器和/或冷却部件和用于各种 系统部件的流动路径。
[0009] 压缩机110由驱动单元150驱动，包括由变频驱动155驱动的永磁电动机170。在 所示实施例中，变频驱动155被配置成输出三相PffM驱动信号，并且电动机170是表面磁体 永磁电动机。还可设想其它类型和配置的变频驱动以及诸如内部磁体永磁电动机之类的永 磁电动机的使用。应认识到的是，在本文中公开的原理和技术可应用于广泛种类的驱动和 电动机配置，包括感应电动机系统、磁阻电动机系统及其它电动机系统。
[0010] 冷凝器120被配置成传递来自从压缩机110接收的被压缩的制冷剂的热量。在所 示实施例中，冷凝器120是水冷式冷凝器，其在进口 121处接收冷却水，将热量从制冷剂传 递至冷却水，并在出口 122处输出冷却水。还可设想的是，可利用其它类型的冷凝器，例如 气冷式冷凝器或蒸发式冷凝器。还应认识到的是，除非另外限制，本文对水的引用包括包含 附加成分的水溶液。
[0011] 蒸发器130被配置成从冷凝器120接收制冷剂，使接收到的制冷剂膨胀以降低其 温度，并将热量从冷却介质传递至制冷剂。在所示实施例中，蒸发器130被配置为水冷却 器，其接收提供到进口 131的水，将热量从水传递至制冷剂，并在出口 132处输出被冷却的 水。可设想的是，可利用许多特定类型的蒸发器和冷却器系统，其中包括干膨胀式蒸发器、 满液式蒸发器、裸管蒸发器、板表面蒸发器以及翅片式蒸发器。
[0012] HVACR系统100还包括控制器160,其向变频驱动155输出控制信号，以控制电动 机170和压缩机110的操作。控制器160还接收关于驱动单元150的操作的信息。在示例 性实施例中，控制器160接收关于电动机电流、电动机端子电压和/或电动机的其它操作特 性(包括本文下面描述的那些)的信息。应认识到的是，本文所述的控制、控制例程以及控制 模块可使用硬件、软件、固件及其各种组合来实现，并且其可利用存储在一个或多个非瞬时 计算机可读介质中的可执行指令。还应理解的是，控制器160能够以各种形式被提供，并且 其可包括许多硬件和软件模块及部件，诸如在本文中公开的那些。此外，应认识到的是，控 制器160是可被配置成整体上或部分地与其它系统、模块或部件组合地实现在本文中公开 的示例性控制和诊断的控制器的一个示例。
[0013] 参考图2,图示出用于变频驱动200的示例性电路图。驱动200被连接到电源210， 例如，向线路滤波器模块220提供三相AC功率的400/480 VAC公用电网。线路滤波器模块 220被配置成提供同步信号并充当RF滤波器。然后向整流器290提供三相AC功率，所述整 流器290将AC功率转换成DC功率并向DC总线291提供DC功率。DC总线被连接到逆变 器280。为了图示和描述的清楚起见，将整流器290、DC总线291以及逆变器280示为分立 的块。然而，应认识到的是，可在还可包括多种附加电路和部件的公共模块、板或板组件中 提供这些部件中的两个或更多。除所示的6脉冲配置之外，应进一步理解的是，可利用诸如 12脉冲、18脉冲、24脉冲或30脉冲整流器之类的多脉冲整流器连同相移变压器，所述相移 变压器为6脉冲、12脉冲、18脉冲、24脉冲或30脉冲操作提供适当的相位输入。
[0014] 逆变器模块280包括被连接到DC总线291的正和负线路的开关285、286和287。 开关285、286和287优选地被配置为基于IGBT和二极管的开关，但是还可利用其它类型的 功率电子开关部件，诸如功率MOSFET或其它电开关器件。开关285、286和287向电动机端 子275、276和277提供输出。电流传感器281、282和283被配置成检测从逆变器模块280 流到电动机270的电流，并且向ID模块293发送电流信息。电压传感器也与电动机端子 275、276和277可操作地耦接，并且被配置成从电动机端子向ID模块293提供电压信息。
[0015] ID模块293包括与电流感测相结合地用来设定关于电流信号