具有带保护式高压总线的多相交流发电机的环境受控单元或车辆的制作方法
【专利摘要】一种机动环境受控单元，如长途运输的厢式挂车，其具有由交流发电机供电并具有高压交流电（AC）总线的环境控制系统，如制冷单元。所述单元并入了高阻接地方案，并能并入固态输入模块，以相位-底盘故障。这种组合为无法具有固定连接至地面的参考电压（或中性点）的机动应用提供了一种改善的保护。
【专利说明】具有带保护式高压总线的多相交流发电机的环境受控单元或车辆
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及一种机动环境受控单元，如长途运输的厢式挂车，其具有由交流发电机供电并具有高压交流电(AC)总线的环境控制系统，如制冷单元。本发明的其他实施例涉及具有交流发电机和高压AC总线的车辆。
【背景技术】
[0002]固定高压应用通常包括接地和保护方案。然而，机动高压应用不能依靠与固定高压应用相同的接地和保护方案。
[0003]机动高压应用的一种方案是限制短路电流的开路中性-底盘连接。然而，这种方案未能限制间歇性相位-底盘故障过程中的电压尖峰，而电压尖峰能损坏设备并导致连锁故障。
[0004]机动高压应用的另一种方案是短路中性-底盘连接。然而，这种方案除非与接地故障电流断路器(Ground Fault Current Interrupter, GFCI或GFI)装置相结合，否则其提供的保护微乎其微。这种方案的执行多少会不太精确，且能导致假性跳脱(nuisancetrips)(影响可靠性)或不精确的阈值(导致潜在的人身安全)。
【发明内容】
[0005]在本发明的一个实施例中，来自多相交流发电机的高压交流总线同时包含高阻接地方案和固态输入模块，以检测系统中的相位-底盘故障。这种组合为无法具有固定连接到地面的参考电压(或中性点)的机动应用提供了一种改善的保护。
[0006]在另一个实施例中，本发明提供了一种机动环境受控单元，其包括底盘、由该底盘支撑的车厢、以及由所述底盘支撑的并与该车厢环境连通的环境控制系统。该环境控制系统被配置为控制所述车厢的环境参数。所述环境控制系统包括由内燃机供能的多相交流发电机，以为所述环境控制系统提供电能。所述交流发电机具有相绕组和相绕组的中性点。所述环境控制系统还包括将所述相绕组的中性点电耦合至所述底盘的高阻电阻。
[0007]在另一个实施例中，所述环境控制系统还包括将所述相绕组的中性点电耦合至所述底盘的固态模块。所述模块被配置为监测从所述相绕组的中性点到系统底盘的电压，并当监测到的电压表明可能有相位到结构(phase-to-structure)故障时提供输出。
[0008]结合以下详细的描述和附图，能够更好地理解本发明的其他方面。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为长途运输的牵引车和半挂车的透视图；
图2为图1所示的半挂车的制冷单元的框图；
图3为图2所示的制冷单元的控制部件的框图；
图4为图2所示的制冷单元一部分的电气原理图。
【具体实施方式】
[0010]在对本发明的任意实施例做出详细解释之前，需要了解的是，本发明的应用并不限制于以下描述所阐述的或以下附图所举例说明的部件的结构和排布的细节。本发明能够具有其他实施例，并通过各种方式实践或实施。
[0011]在一个实施例中，机动单元(例如，车辆或机动环境受控单元)具有多相交流发电机(例如，三相交流发电机)。该单元并入了为该单元的高压总线创建安全可靠的接地方案的两个单独方面。第一方面包含在产生高压交流的交流发电机的中性点与单元的底盘之间的高阻接地(High Resistance Ground, HRG)电阻。该HRG包含选自高阻值范围内的电阻值，其设置为在相位到底盘(phase-to-chassis)故障事件中足以限制电流的同时,不会高至IJ在间歇性相位到底盘故障过程中无法消散寄生电流。所述HRG允许系统在故障时操作，并针对连锁故障起保护。替代性地，低阻接地(low resistance ground, LRG)方案也是可行的，尽管由于设备所需的更高的额定电流，其更难以实现。
[0012]第二方面为监测交流发电机的中性点与系统底盘之间的电压的固态输入模块。例如，发电机中性点可能是Y点(wye-point)保护装置上的端子；然而，备用连接点也是可适用的。在相位到底盘故障过程中，中性-底盘电压上升以匹配交流发电机的相位-中性电压。这种电压上升激发固态模块，从而生成故障状况。
[0013]本发明的实施例涉及一种具有环境控制系统和车厢的机动环境受控单元。示例性机动环境受控单元包括长途运输的挂车、长途运输的货车车体、巴士、运输集装箱和轨道车辆。车厢可以采用多个厢的形式或具有多个区域。一种典型的环境控制系统包括制冷系统、加热系统、加湿系统和空气质量系统中的一个或多个。更具体的典型系统包括加热、通风、空调和制冷(HVACR)系统。在下面讨论的具体实例中，所述环境受控单元是长途运输的冷藏半挂车100 (图1 )，其具有支撑着(或形成)单个车厢110的底盘102，所述单个车厢110由由制冷单元105冷却。该底盘102还支撑制冷单元105。本发明的其他实施例涉及一种具有交流发电机和高压交流总线的车辆。典型的车辆包括机动车、船舶和航天飞行器。
[0014]这里所述的具体实例的制冷单元105包括传统的制冷部件，如压缩机115 (图2)、冷凝器120、膨胀阀122和蒸发器125。制冷单元105由内燃机130供能。例如，在图2所示的结构中，压缩机包括由具有管辖内燃机130的内置驱动交流发电机127驱动的马达。
[0015]对于所述的结构，制冷单元105被控制在“循环”模式中，当参数超出范围时启动发动机130，而当参数处在范围内时则停止发电机130。所述参数可以是，例如，电池电压、车厢温度、车厢湿度、车厢空气质量或发动机温度。在一个具体的例子中，该发动机130在车厢温度上升超过第一温度值后启动，而在车厢温度下降低于第二温度值后关闭，所述第二温度值可以与第一温度值相同。
[0016]再参看图2，起动机155由电池160供能，并根据来自控制模块165的信号受控。所述控制模块165还接收来自传感器170的信号。该信号170具有与感应的参数相关的值。例如，传感器170A可以为电压传感器，而所述信号与电池160的电压相关。在另一个例子中，传感器170B可以为温度传感器，而所述信号与车厢110的温度相关。在另一个例子中，该传感器170C可以感测交流发电机127的电参数，或由所述交流发电机127提供电参数。
[0017]在进一步处理前，应当理解的是，这里讨论的控制模块165为单个模块，该控制模块可以包括多个模块。
[0018]控制模块165还包括控制器180 (图3)、电源模块185、用户接口 190和通信模块195以及其他部件。控制器180包括工作的软件和硬件组合以用于用于控制制冷单元105以及其他方面。在一种结构中，控制器180包括印刷电路板(PCB)，其组装有多个向控制模块165提供能源、运行控制和保护的电子电气零部件。在一些结构中，该PCB包括，例如，处理单元200 (例如，微处理器、微控制器、数字信号处理器或其他合适的可编程设备)、存储器205和总线。总线连接PCB的各个部件，包括存储器205到处理单元200。存储器205包括，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPR0M)、闪速存储器、硬盘或其他合适的磁、光、物理或电子存储装置。处理单元200连接到存储器205并执行能够存储在RAM (例如，执行期间)、ROM (例如，通常永久存在)或其他非易失性计算机可读介质如其他存储器或磁盘中的软件。可选择地或附加地，存储器205包含在处理单元200中。控制器180还包括输入/输出(I/O)系统210，该输入/输出系统包括用于在控制器180中的部件与控制模块165的其他部件间传递信息的例行程序。例如，通信模块195用于在控制模块180和挂车100或拖车14内外的一个或多个附加设备间提供通信。
[0019]在应用控制模块165的中的包括的软件存储在控制器180的存储器205中。该软件包括，例如，固件、一个或多个应用、程序数据、一个或多个程序模块、其他可执行指令。除其它之外，控制器180还用于从存储器中取出并执行与制冷单元105的工作和控制相关的指令。例如，控制器180用于执行从存储器205取出的、用于监测车厢110内的温度和用于控制制冷单元105的指令，以控制车厢110内的温度。在其他结构中，控制器180或外部设备包括附加的、更少的或不同组件。
[0020]所述PCB包括多个附加无源和有源部件，如电阻、电容、电感、集成电路和放大器以及其他部件。这些部件设置和连接，可以为PCB提供包括过滤、信号调节或电压调整，以及其他方面的多种电子功能。出于描述的目的，PCB和组装在该PCB上的电子部件统称为控制器180。
[0021]用户接口 190可被用来控制所述控制模块165，或控制作为一个整体的制冷单元105的工作。用户接口 190可操作地连接到控制器180以控制，例如设置制冷单元106的工作和制冷单元105的通信故障。用户接口 190可以包括实现期望水平的操作者交互所需的数字和模拟输入/输出设备的组合。例如，用户接口 190可包括具有显示和输入设备的计算装置、触摸屏显示器、多个旋钮、调节器、开关、按钮、增益调整器等等。
[0022]现在转到图4，示意性地显示了交流发电机127的绕组250。该绕组250配置为提供三相电能的Y形态。来自绕组250的电源通过高压交流总线260直接或间接地提供给系统负载255。每个相位总线260还分别连接有系统-相位到地(system-phase-to-ground，SPG)电容265。所述电容器265将高压交流总线260连接到底盘270。每个SPG电容265可以为电容值大于470pF的真正的电容器。可选地，电容器265可以代表建立在高压交流总线260和底盘270间的寄生电容。
[0023]交流发电机127可包括针对每一相位的小电阻器275和常闭式接触器280，以便为该交流发电机127提供Y点保护装置。然而，把这些组件275和280包括进来，对相绕组250的中性点的影响也微乎其微。因此，相绕组250内的任意电力点都可被电力地当作Y相位交流发动机的中性点。。
[0024]高阻接地(high resistance ground, HRG)电阻器285将交流发电机127的中性点电连接至底盘270。电阻器285包括选自高阻值范围的电阻值。该高阻值范围设置为在相位到底盘故障事件中足以限制电流的同时，不会高到在间歇性相位到底盘故障中导致无法消散寄生电流。该HRG允许系统在故障过程中工作，并预防连锁故障。
[0025]例如，在不产生连锁故障的故障状况下，电阻值应当处于系统组件的电流额定值以下。用于机动应用的电流额定值通常为10A，但也可以使用IA的值作为安全边际。对于间歇性故障状况，电阻值应当不大于最坏情况系统充电电流的值。对于机动应用，该值可以约为53μΑ。因此，对于具有50V到460V范围的高压交流总线的典型的机动应用，高压电阻范围将在200Ω和4ΜΩ之间。进一步地，该电阻值通常倾向于取中间值，但是更接近该范围的较低端，以便相比设备损坏更注重用户安全。因此，优选的电阻范围可以为IkQ和1ΜΩ之间，较优选的范围为1kQ和10kQ之间，更优选的范围为30 kQ和70kQ之间。
[0026]再次参见图4，固态模块290监测交流发电机127的中性点与系统底盘270间的电压。如图所示，该固态模块290电连接在电阻285两端。然而，其他连接点也是有可能的。在相位到底盘故障过程中，中性-底盘电压升高以匹配交流发电机127的相位-中性电压。固态模块检测这一事件，并生成响应信号。该信号可以是声频信号或可视信号，也可以是提供给控制器165的电信号，其能导致交流发电机127的关闭。图4展示了固态模块290的示例性电结构，其可以是一个快达(Crydom)固态继电器模块。
[0027]综上所述，本发明提供了一种新的、有用的车辆或环境受控单元，其具有带受保护的高压总线的多相交流发电机。本发明的各种特征和优点在权利要求中进行了阐述。
【权利要求】
1.一种机动环境受控单元，包括: 底盘； 由所述底盘支撑的车厢；以及 由所述底盘支撑的、与所述车厢环境连通的环境控制系统，该环境控制系统被配置为控制所述车厢的环境参数，所述环境控制系统包括 多相交流发电机，其由内燃机供能并为所述环境控制系统提供电能，所述交流发电机具有相绕组和相绕组的中性点；以及 高阻电阻器，其将所述相绕组的中性点电耦合至所述底盘。
2.根据权利要求1所述的机动环境受控单元，其特征在于，所述环境控制系统还包括 固态模块，其将所述相绕组的中性点电耦合至所述底盘，所述固态模块监测从所述中性点到系统底盘的电压，并在所监测的电压表明可能的相位到结构故障时提供输出。
3.根据权利要求1所述的机动环境受控单元，其特征在于，所述环境控制系统还包括: 控制器，其被配置为控制所述环境控制系统以影响所述车厢的环境。
4.根据权利要求1所述的机动环境受控单元，其特征在于，所述高阻电阻的电阻值的范围可在相位到底盘故障事件中的足够限制电流，并且在可能的间歇相位到底盘故障过程中消散寄生电流。
5.根据权利要求1所述的机动环境受控单元，其特征在于，所述高阻电阻器具有介于IkQ与1ΜΩ之间的电阻值。
6.根据权利要求1所述的机动环境受控单元，其特征在于，所述高阻电阻器具有介于1kQ与10kQ之间的电阻值。
7.根据权利要求1所述的机动环境受控单元，其特征在于，所述高阻电阻器具有介于30kQ与70kQ之间的电阻值。
8.根据权利要求1所述的机动环境受控单元，其特征在于，所述交流发电机具有配置为Y形排列的相绕组的三相交流发电机，其中，所述中性点为Y形排列的中心。
9.一种车辆,包括: 底盘； 多相交流发电机，其由内燃机供能并为环境控制系统提供电能，所述交流发电机具有相绕组和相绕组的中性点；以及 高阻电阻器，其将所述相绕组的中性点电耦合至所述底盘。
10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括: 固态模块，其将所述相绕组的中性点电耦合至所述底盘，所述固态模块被配置为监测从所述相绕组的中性点到系统底盘的电压，并在所监测的电压表明可能有相位到结构故障时提供输出。
11.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括: 控制器，其被配置为控制所述环境控制系统，以影响所述车厢的环境。
12.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述高阻电阻器具有一范围内的值，在可能的相位到底盘故障中，该值足以限制电流，而在可能的间歇性相位到底盘故障过程中，所述值足以消散寄生电流。
13.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述高阻电阻器具有介于30kQ与70kQ之间的电阻值。
14.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述交流发电机是具有Y形排列的三相交流发电机，其中，所述中性点为Y形排列的中心。
15.一种机动环境受控单元，包括: 底盘； 由所述底盘支撑的车厢； 由所述底盘支撑的、与所述车厢环境连通的环境控制系统，该环境控制系统用于控制所述车厢的环境参数，所述环境控制系统包括内燃机； 三相交流发电机，其由所述内燃机供能并向所述环境控制系统提供电能，所述交流发电机具有Y形排列的相绕组和该相绕组的中性点； 高阻电阻器，其将所述相绕组的中性点电耦合至所述底盘，所述高阻电阻器具有一范围内的值，在可能的相位到底盘故障中，该值足以限制电流，而在可能的间歇性相位到底盘故障过程中，所述值足以消散寄生电流； 固态模块，其将所述相绕组的中性点电耦合至所述底盘，所述固态模块被配置为监测从所述相绕组的中性点到系统底盘的电压，并在所监测的电压表明可能的相位到结构故障时提供输出。
16.根据权利要求15所述的机动环境受控单元，其特征在于，所述环境控制系统还包括 控制器，其被配置为控制所述环境控制系统以影响所述车厢的环境，接收所述固态模块的输出，并且根据该输出控制所述环境控制系统。
17.根据权利要求15所述的机动环境受控单元，其特征在于，所述高阻电阻器的电阻值范围在30kQ与70kQ之间。
【文档编号】B60H1/00GK104334412SQ201380028267
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年3月14日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】罗伯特·N.·尼德梅耶, 格雷戈里·R.·特鲁肯布罗德, 马修·S.·纳尔逊, 阿肖克·莫拉利达尔, 克里斯多弗·P.·汉兹 申请人:冷王公司