专利名称：压缩机保护系统和方法
技术领域：
本申请要求2008年10月7日提交的美国申请No. 12/246，825和2007年10月8日提交的美国临时申请No. 60/978，300的权益。本申请还要求2007年10月8日提交的美 国临时申请No. 60/978，258的权益。将上述各个申请的全部公开内容以参考的方式并入本文。技术领域本公开涉及压缩机，并且更具体地涉及压缩机保护系统和方法。
背景技术：
本节中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，可能并不构成现有技术。压缩机可使用在大量的工业和家居应用中，以使制冷剂在制冷、热泵、采暖通风和 空调(HVAC)或冷却器系统(通常被称作"制冷系统")中循环，以提供期望的加热和/或 冷却效果。在任一项上述应用中，压缩机应提供持续且高效的运行，以确保特定制冷系统 (即，制冷、热泵、采暖通风和空调(HVAC)或冷却器系统)运行正常。可变速压缩机可用来 根据制冷系统负载而改变压缩机容量。保护、控制和诊断系统可使用压缩机和制冷系统的 运行参数来确保压缩机和制冷器系统部件的最佳运行。例如，蒸发器温度和/或冷凝器温 度可用来诊断、保护和控制压缩机和其它制冷系统部件。
发明内容
提供了一种包括压缩机和控制模块的系统。压缩机由变频驱动器驱动，该变频驱 动器调制输送至压缩机的电功率的频率以调制压缩机的速度。该变频驱动器由制冷剂冷却 并且包括温度传感器，该温度传感器输出对应于变频器温度的变频器温度信号。控制模块 接收变频器温度信号，将变频器温度与预定阈值作比较，并且在变频器温度大于所述预定 阈值时减小压缩机运行速度范围。在其它特征中，当变频器温度大于所述预定阈值时，控制模块增大连接于压缩机 的冷凝器的冷凝器风扇的速度。在其它特征中，在减小了压缩机运行速度范围之后，控制模块在变频器温度低于 所述预定阈值时增大压缩机运行速度范围。在其它特征中，当变频器温度大于所述预定阈值时，控制模块将压缩机运行速度 范围减小至初始冷却容量速度。在其它特征中，当变频器温度返回至所述预定阈值以下的温度时，控制模块使压 缩机恢复至正常运行。提供了一种方法，该方法包括利用变频驱动器调制压缩机的速度，该变频驱动器 调制输送至压缩机的电功率的频率，该变频驱动器由制冷剂冷却；接收对应于变频驱动器 的温度的变频器温度信号；将变频驱动器的温度与预定阈值作比较；以及，当所述温度大 于所述阈值时，减小压缩机的压缩机运行速度范围。
在其它特征中，所述方法可包括当变频驱动器的温度大于所述阈值时，增大连接 于压缩机的冷凝器的冷凝器风扇的速度。在其它特征中，在减小压缩机运行速度范围之后，该方法可包括在所述温度低于 所述阈值时增大压缩机运行速度范围。在其它特征中，减小压缩机运速度范围可包括在变频驱动器的温度大于所述阈值 时将压缩机运行速度范围减小至初始冷却容量速度。在其它特征中，该方法可包括在变频器的温度返回至所述预定阈值以下的温度 时，使压缩机恢复至正常运行。通过在此提供的说明，其它应用领域将变得显而易见。因理解的是，该说明和具体 例子仅仅是说明性的目的，并不意在限制本公开的范围。
此处所描述的附图仅用于说明的目的，并不意在以任何方式限制本公开内容的范围。图1为制冷系统的示意图。图2为压缩机的立体图。图3为压缩机的立体图。图4为示出由根据本教示的算法执行的步骤的流程图。图5为示出与吸入过热和室外温度相关的排出过热的图。
具体实施例方式下列的说明在本质上仅为示例性的，并不意在限制本公开内容、应用、或使用。应 当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相似的或相应的部分和特征。如此处所使用的，模块、控制模块以及控制器等术语指的是下列项目中的一个或 多个专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用、专用或分组)以及执行一个或多个 软件或固件程序的存储器，组合逻辑电路，或其它提供所述功能性的适合的部件。如此处所 使用的，计算机可读介质指能够为计算机存储数据的任何介质。计算机可读介质包括，但不 限制于，存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PR0M)、可 擦可编程只读存储器(ΕΗ 0Μ)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器、光盘只读 存储器(CD-ROM)、软盘、磁带、其它磁性介质、光学介质、或能够为计算机存储数据的任何其 它装置或介质。参照图1，示例性制冷系统5包括对制冷剂蒸汽进行压缩的压缩机10。虽然图1示 出了特定制冷系统，但本教示适用于任何制冷系统，包括热泵、采暖通风和空调(HVAC)、以 及冷却器系统。来自压缩机10的制冷剂蒸汽被输送到冷凝器12，在冷凝器12中制冷剂蒸 汽在高压下被液化，由此向外部空气释放热量。离开冷凝器12的液体制冷剂通过膨胀阀14 被输送至蒸发器16。膨胀阀14可以是用于控制制冷剂的过热的机械或电子阀。制冷剂经 过膨胀阀14，在膨胀阀14中，压力下降导致高压液体制冷剂实现液体和蒸汽的低压结合。 当热气移动穿过蒸发器16时，低压液体变成气体，由此从蒸发器16带走热量。低压气体再 次被输送至压缩机10，在压缩机10内被压缩成高压气体，并被输送至冷凝器12以再次启动制冷循环。压缩机10可由变频驱动器22驱动，变频驱动器22也被称作可变频率驱动器(VFD)，其容纳在外壳20中。外壳20可靠近压缩机10。变频驱动器22接收来自电源18的 电功率并将电功率输送至压缩机10。变频驱动器22包括控制模块25，控制模块25具有能 够运行为调制和控制输送至压缩机10的电马达的电功率的频率的软件和处理器。控制模 块25包括用于存储数据的计算机可读介质，该计算机可读介质包括由处理器执行的用于 调制和控制输送至压缩机的电马达的电功率的频率的软件和控制模块25执行和实施本教 示的保护和控制算法所必需的软件。通过调制输送至压缩机10的电马达的电功率的频率， 控制模块25可由此调制和控制压缩机10的速度，从而调制和控制压缩机10的容量。变频驱动器22包括用以调制电功率的频率的固态电子器件。通常，变频驱动器22 将输入的电功率从交流电(AC)转变成直流电(DC)，然后将电功率从DC转变回为期望频率 的AC。例如，变频驱动器22可利用全波整流桥直接对电功率进行整流。之后，变频驱动器 22可使用绝缘栅双极晶体管或晶闸管来切断(chop)电功率以实现期望的频率。可使用其 它适合的电子器件调制来自电源18的电功率的频率。压缩机10的电马达速度由从变频器22接收的电功率的频率控制。例如，当在60 赫兹的电功率下驱动压缩机10时，压缩机可在满负荷运行下运行。当在30赫兹的电功率 下驱动压缩机10时，压缩机10可在半负荷运行下运行。在执行用于调制输送至压缩机10的电马达的电功率的程序期间，控制模块25可 产生对应于压缩机电流和/或压缩机功率的数据。控制模块25可利用对应于压缩机电流 和/或压缩机功率的数据来计算和得出其它压缩机和制冷系统参数。如名称为“可变速压缩机保护系统和方法”的序列号为60/978，258的美国专利 申请的公开内容中所描述的，吸入过热(SSH)和排出过热(DSH)可用来监测或预测压缩机 10的回液状态(flood backcondition)或过热状态，在此将该美国专利申请通过参照的方 式全部并入。如此处所描述的，冷凝器温度(Tcond)可用来得出DSH。类似地，蒸发器温度 (Tevap)可用来得出SSH。压缩机的回液或过热状态不是所希望的，并且可导致压缩机或其它制冷系统部件 损坏。吸入过热(SSH)和/或排出过热(DSH)可与压缩机10的回液或过热状态相关联，并 且可被监测，以检测和/或预测压缩机10的回液或过热状态。DSH为离开压缩机的制冷剂 蒸汽的温度(被称为排放线温度(DLT))与饱和冷凝器温度(Tcond)之间的差值。吸入过 热(SSH)是进入压缩机的制冷剂蒸汽的温度(被称为吸入线温度(SLT))与饱和蒸发器温 度(Tevap)之间的差值。SSH和DSH的相互关系可如图5所示。对于涡旋型压缩机，DSH和SSH之间的相互 关系可以特别准确，外部环境温度仅仅是次要的影响。如图5所示，示出了室外温度(ODT) 为115华氏度、95华氏度、75华氏度以及55华氏度时DSH和SSH之间的相互关系。图5所 示的相互关系仅为示例，特定压缩机的特定相互关系可根据压缩机类型、型号和容量等而 改变。当SSH接近0华氏度或DSH接近20至40华氏度时，可出现回液状态。由于这个 原因，DSH可用来检测回液状态的开始发生(onset)及其严重程度。当SSH为0华氏度时， SSH可能并不能够指示回液状态的严重程度。当回液状态变得更严重时，SSH保持在0华氏度左右。然而，当SSH为O华氏度时，DSH可在20至40华氏度之间，并且能够更准确地指示回液状态的严重程度。当DSH在30华氏度至80华氏度范围内时，压缩机10可在正常范 围内运行。当DSH在30华氏度以下时，可出现开始发生回液状态。当DSH在10华氏度以 下时，可出现严重的回液状态。关于过热，当DSH大于80华氏度时，可出现开始发生过热状态。当DSH大于100 华氏度时，可存在严重的过热状态。在图5中，示出了示例性制冷剂充注水平的典型的SSH温度。例如，当制冷系统5 中的制冷剂充注百分数降低时，SSH典型地增大。外壳20可包括冷板15，在吸入制冷剂进入压缩机10之前由吸入制冷剂冷却该冷 板15。由于变频驱动器22产生的热传递到冷板15并且在吸入制冷剂进入压缩机10之前 由吸入制冷剂吸收，所以冷板15可冷却变频驱动器22。图2和图3示出了具有穿过外壳 20的制冷剂管的外壳20和压缩机10。变频驱动器22可包括散热装置温度传感器45，温度传感器45产生对应于变频器 22的温度的信号。控制模块25可监测由散热装置温度传感器45指示的变频器22的温度。当变频 器22的温度超过预定阈值时，控制模块25可减小压缩机速度运行范围以允许变频驱动器 22冷却。如图4所示，示出了根据本教示的控制算法。该控制开始于步骤200。在步骤202 中，控制模块25可接收来自散热装置温度传感器45的散热装置温度(T-hs)。在步骤204 中，控制模块25可判定T-hs是否大于预定阈值(T-thrsh)。当T-hs不大于T_thrsh时，控 制模块25可返回至步骤202并继续监测T-hs。当T-hs大于T-thrsh时，控制模块25可前 进到步骤206。在步骤206中，控制模块25可将冷凝器风扇速度设置为高。如图1所指示的，控 制模块25可控制对冷凝器12内的制冷剂进行冷却的冷凝器风扇。控制模块25可与冷凝 器控制器通信以控制冷凝器风扇速度。可替代地，控制模块25可与能够运行为控制冷凝器 风扇速度的制冷系统控制器或其它系统部件控制器通信。控制模块25可将冷凝器风扇速 度增大至最大速度，使得从制冷系统排出最大数量的热。在步骤208中，控制模块25可减小压缩机速度运行范围。例如，控制模块25可将 压缩机速度设置为初始冷却容量速度。例如，控制模块25可将压缩机速度设置为接近2700
转/分。在步骤210中，控制模块25可监测T_sh并逐渐地扩大压缩机速度运行范围。当 变频驱动器温度降低时，控制模块25可逐渐地扩大压缩机速度运行范围。以这种方式，控 制模块25可确保在逐渐地增大压缩机速度直至达到目标速度之前，变频驱动22不超出其 温度极限。例如，所述目标速度可以是由制冷系统控制器指示的压缩机速度。可替代地，所 述目标速度可由控制模块25产生以实现给定的压缩机容量。当T-sh保持在T-thrsh以下时，一旦控制模块25获得目标速度，控制模块25则 可前进到步骤212并恢复至正常运行。在正常运行中，冷凝器风扇速度可根据正常运行算 法来设置。同样地，压缩机速度可根据正常运行算法来设置。在步骤212之后，控制模块25 可返回至步骤202。
权利要求
一种系统，包括由变频驱动器驱动的压缩机，所述变频驱动器调制输送至所述压缩机的电功率的频率，以调制所述压缩机的速度，所述变频驱动器由制冷剂冷却并且包括温度传感器，所述温度传感器输出对应于变频器温度的变频器温度信号；控制模块，所述控制模块接收所述变频器温度信号，将所述变频器温度与预定阈值作比较，并且在所述变频器温度大于所述预定阈值时减小压缩机运行速度范围。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述变频器温度大于所述预定阈值时，所述控 制模块增大连接于所述压缩机的冷凝器的冷凝器风扇的速度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，在减小了所述压缩机运行速度范围之后，所述控 制模块在所述变频器温度小于所述预定阈值时增大所述压缩机运行速度范围。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述变频器温度大于所述预定阈值时，所述控 制模块将所述压缩机运行速度范围减小至初始冷却容量速度。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述变频器温度返回至所述预定阈值以下的 温度时，所述控制模块将所述压缩机恢复至正常运行。
6.一种方法，包括利用变频驱动器调制压缩机的速度，所述变频驱动器调制输送至所述压缩机的电功率 的频率，所述变频驱动器由制冷剂冷却；接收对应于所述变频驱动器的温度的变频器温度信号；将所述变频驱动器的所述温度与预定阈值作比较；以及当所述温度大于所述阈值时，减小所述压缩机的压缩机运行速度范围。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括当所述变频驱动器的所述温度大于所述预 定阈值时，增大连接于所述压缩机的冷凝器的冷凝器风扇的速度。
8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在所述减小所述压缩机运行速度范围之 后，在所述温度小于所述阈值时增大所述压缩机运行速度范围。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述减小所述压缩机运行速度范围包括当所述 变频驱动器的所述温度大于所述阈值时，将所述压缩机运行速度范围减小至初始冷却容量 速度。
10.根据权利要求6所述的方法，进一步包括当所述变频器的所述温度返回至所述预 定阈值以下的温度时，将所述压缩机恢复至正常运行。
全文摘要
一种用于保护可变速压缩机的系统和方法可包括调制输送至压缩机的电功率的频率以调制压缩机速度的变频驱动器。变频驱动器可由制冷剂冷却并且包括输出对应于变频器温度的变频器温度信号的温度传感器。控制模块可接收变频器温度信号，将变频器温度与预定阈值作比较，并且在变频器温度大于所述预定阈值时减小压缩机运行速度范围。
文档编号F25B49/00GK101821509SQ200880111072
公开日2010年9月1日 申请日期2008年10月8日 优先权日2007年10月8日
发明者史蒂芬·M·塞贝尔 申请人:艾默生环境优化技术有限公司