变频驱动器操作和控制的装置、系统和方法
【技术领域】
[0001] 本申请总地涉及变频驱动器操作和控制的装置、系统和方法。变频电动机驱动器 提供了针对例如驱动压缩机或用于加热、换气、空调或冷却（HVACR)系统的其它负载的应 用的若干潜在好处，包括用于增强效率、功率密度和速度控制精度的潜力。这种电动机驱动 器关于废热和废热的控制存在独特的挑战。传统的设计通常寻求在所有操作状况下根据其 它操作目标而最大限度地将浪费损失减小至尽可能的程度。已经做出某些方案用于回收由 于变频驱动器操作产生的一部分废热。这些方案承受了许多不利和缺点，包括那些关系到 废热的控制和有效利用的缺点。这种电动机驱动器关于可听噪声和其控制也存在独特的挑 战。传统的设计通常寻求在所有操作状况下通过例如设定与电动机负载所容许一样高的开 关频率，从而最大限度地减小可听噪声。这些方案承受了许多不利和缺点，包括那些关系到 系统效率和废热产生的缺点。当前对于这里公开的独特且新颖的装置、方法和系统仍存在 极大的需求。
【发明内容】
[0002] 出于清晰、简明且精确地描述本发明的典型实施例、制造和使用它们的方式和过 程，并且可制造和使用它们进行实践的目的，现在将参考某些典型的实施例，包括图中所示 的那些实施例，并且专用术语将用于描述它们。然后应该懂得不会因此产生本发明的范围 限制，而且本发明包括和保护本领域中的技术人员所能想到的典型实施例的这种变体、改 型和进一步的应用 总结 下面将概括许多非限制性的典型实施例。从以下描述和附图中将明晰进一步的实施 例、形式、目的、特征、优势、方面和好处。
[0003] -个典型的实施例是一种系统，其包括：压缩机、膨胀器、第一热交换器和第二热 交换器，其在流体方面联接在一起从而形成蒸气压缩回路；电动机，其配置成驱动压缩机； 变换器（inverter)，其包括多个开关元件，变换器配置成通过开关元件的操作而为电动机 提供输出电压；废热回收回路，其配置成将废热从变换器传递给系统的选定的构件；以及 控制器，其包括构造成感测系统状况的系统状况模块，构造成至少部分地基于系统状况而 确定热量产生要求的热量生产模块，以及构造成为变换器的开关元件提供开关命令的变换 器操作模块，其中控制器配置成至少部分地基于热量产生要求而改变每单位时间的开关命 令的数量。
[0004] 在某些形式中，控制器配置成通过改变PffM信号的开关频率而改变每单位时间的 开关命令的数量。在某些形式中，控制器配置成通过在连续的PWM信号和不连续的PWM信 号之间的变化而改变每单位时间的开关命令的数量。在某些形式中，状况包括系统起动状 况。在某些形式中，蒸气压缩回路的工作流体包括制冷剂和油；并且废热回收回路构造成将 热量从变换器传递给工作流体，使得制冷剂沸腾并与油分离。在某些形式中，废热回收回路 配置成与压缩机润滑油交换热量。在某些形式中，选定的构件是压缩机的吸入管线，并且状 况包括吸入管线中的制冷剂的温度。某些形式还包括反向机构，其可操作成使蒸气压缩回 路中的制冷剂的流向反转。在某些形式中，选定的构件是第一热交换器和第二热交换器中 的至少一个，并且状况包括流向的反转。某些形式还包括温度传感器，其配置成感测变换器 温度；其中变换器操作模块进一步构造成响应于变换器温度高于基准温度而减少每单位时 间的开关命令的数量。
[0005] -个典型的实施例是一种系统，其包括：制冷剂环路，其包括压缩机、冷凝器、膨胀 器和蒸发器；电动机，其配置成驱动压缩机；变频驱动器，其包括配置成驱动电动机的变换 器；冷却回路，其配置成接收由于变换器的操作而产生的热量；控制器，其配置成将开关命 令提供给变换器；其中控制器配置成基于一个或多个第一准则而改变开关命令的速率，以 便选择性地增加由变换器产生的热量，从而提高对冷却回路的热传递，并基于一个或多个 第二准则而选择性地减少由变换器产生的热量。
[0006] 在某些形式中，控制器配置成通过不提供开关命令达预定的持续时间或预定的时 间，而改变开关命令的速率。在某些形式中，冷却回路进一步配置成将热量传递给蒸发器的 制冷剂入口和压缩机之间的制冷剂环路，其中第一准则包括在蒸发器的制冷剂入口和压缩 机之间的工作流体的温度低于预定的过热温度。在某些形式中，冷却回路进一步配置成将 热量传递给蒸发器，其中第一准则包括检测到蒸发器上的结霜。某些形式还包括油管线，其 配置成将油供给压缩机，其中冷却回路进一步配置成将热量传递给油管线。
[0007] -个典型的实施例是一种方法，其包括：为变换器提供脉宽调制（PffM)模式，PffM 模式在第一信号幅度和第二信号幅度之间转变，第一信号幅度大于第一信号幅度；基于 PWM模式操作变换器，以便提供电压输出，从而驱动电动机，其中热量是作为操作变换器的 副产物而产生的，并且产生的热量数量与在第一信号幅度和第二信号幅度之间的转变的数 量相关联；利用电动机驱动制冷系统的压缩机，制冷系统包括压缩机、冷凝器和蒸发器；在 变换器和制冷系统的构件之间利用在热方面联接在变换器和该构件上的热量传递回路而 传递热量；确定构件上是否需要额外的热量；并且响应于这种确定而修改PWM模式，使得 PWM模式在第一信号幅度和第二信号幅度之间更频繁地转变。
[0008] 某些形式还包括确定构件上是否不再需要热量，并基于这种确定而停止传递热 量。在某些形式中，构件包括蒸发器，在变换器和蒸发器之间传递的热量会加热蒸发器中的 工作流体，工作流体包括制冷剂和滑润剂。某些形式还包括通过利用传递的热量使制冷剂 沸腾而使滑润剂与制冷剂分离，以及使滑润剂返回压缩机。某些形式还包括确定是否需要 产生较少热量，并响应于这种确定而修改PWM模式，使得PWM模式在第一信号幅度和第二信 号幅度之间较不频繁地转变。在某些形式中，修改PWM模式包括在对应于电动机中的电流 波形的波峰和波谷中的一个的预定的时间提供第一信号幅度和第二信号幅度中的仅一个 信号幅度，达电流波形周期的至少百分之十的预定持续时间。在某些形式中，电流波形包括 合成的正弦波。在某些形式中，确定是否需要产生较少热量包括确定变换器的温度是否高 于阈值温度。
[0009] -个典型的实施例是一种系统，其包括压缩机、冷凝器、膨胀器和蒸发器，其在 流体方面联接起来，以形成蒸气压缩回路；控制器，其包括可听噪声模块，可听噪声模块 配置成确定目标可听噪声分布，其包括由系统产生的可听噪声的目标最高水平；计划 (schedule)选择模块，其配置成至少部分地基于目标可听噪声生产分布而选择开关计划； 变换器操作模块，其配置成根据选定的开关计划而提供变换器命令，其包括多个开关命令； 变换器，其包括多个响应于开关命令的开关元件，变换器配置成响应于变换器命令而输出 电压信号；以及电动机，其驱动地联接在压缩机上并响应于电压信号。
[0010] 在某些形式中，目标可听噪声分布包括多个频率的可接受幅度的分布。在某些形 式中，可听噪声模块配置成至少部分地基于一个或多个用户选择和一天中的时间而确定目 标可听噪声分布。在某些形式中，控制器还包括脉宽调制（PWM)计划模块，其配置成提供一 组PffM模式，其中计划选择模块配置成从这组PffM模式中选择开关计划。在某些形式中，控 制器还包括状况模块，其配置成确定从变换器的温度、电动机中的电流的电噪声水平和电 流波纹（ripple)组成的状况组中选择的一个或多个状况；并且计划选择模块进一步配置 成基于所述一个或多个状况而选择开关计划。在某些形式中，计划选择模块进一步配置成 确定不会违反可听噪声分布的PWM模式子集，并从子集中选择开关计划。在某些形式中，计 划选择模块进一步配置成确定不会违反感测状况的预定参数的PWM模式子集，并从子集中 选择开关计划。在某些形式中，该系统还包括传感器，其配置成感测状况，并将关于该状况 的信息传送给状况模块。在某些形式中，电动机是表面安装的永磁电机。
[0011] -个典型的实施例是一种系统，其包括：制冷剂环路，其包括压缩机、冷凝器和蒸 发器；电动机，其配置成驱动压缩机；变频驱动器，其包括配置成驱动电动机的变换器；以 及控制器，其配置成至少部分地基于载波频率和PWM技术而根据脉宽调制（PWM)计划将开 关命令提供给变换器；其中控制器配置成基于一个或多个准则而确定目标可听噪声水平， 并至少部分地基于目标可听噪声水平而改变载波频率和PWM技术中的至少一个。
[0012] 在某些形式中，控制器进一步配置成基于电噪声的产生和电流波纹中的至少一个 而改变载波频率和PWM技术中的至少一个。在某些形式中，电动机表面安装的永磁电动机。 在某些形式中，控制器进一步配置成改变开关命令，使得变换器不会过热。某些形式还包括 用户接口，其可操作成改变目标可听噪声水平。在某些形式中，控制器进一步配置成改变开 关命令，使得选定的构件不会在其固有频率下被激励比第一预定的持续时间更长的时间。
[0013] -个典型的实施例是一种方法，其包括：基于一个或多个准则确定目标可听噪声 分布，目标可听噪声分布包括用于HVACR系统的目标可听噪声水平，HVACR系统包括变换 器；至少部分地基于可听噪声分布而选择第一脉宽调制（PWM)计划；根据第一 PWM计划将 第一系列开关命令提供给包括变换器的变频驱动器，响应于第一系列开关命令而产生变换 器波形；利用变换器波形为电动机提供功率，使得电动机驱动蒸气压缩回路的压缩机。
[0014] 在某些形式中，这种确定基于用户选择和一天中的时间中的至少一个。在某些形 式中，这种选择包括根据多个PWM计划的各个PWM计划将可听噪声分布与HVACR系统操作 时所产生的噪声进行比较。某些形式还包括：确定变频驱动器、电动机和压缩机中的一个的 构件的固有频率；至少部分地基于构件的固有频率选择第二PWM计划；提供第一系列开关 命令达第一预定的时间；该方法还包括根据第二PWM计划提供第二系列开关命令达第二预 定的时间。在某些形式中，可听噪声分布是第一选择准则，并且这种选择还基于第二选择准 贝1J，各个选择准则被分配权重值。在某些形式中，第二选择准则选自由变换器温度、电噪声 的产生和系统效率组成的准则组。在某些形式中，所述多个选择准则中的至少一个是关键 的选择准则，其中第一 PWM模式经过选择，从而满足关键的选择准则。在某些形式中，第二 选择准则是变换器的最大操作温度，并且最大操作温度是关键的选择准则。
【附图说明】
[0015] 图1是具有废热回收回路的典型HVACR系统的示意图。
[0016] 图2是典型的变频驱动器和永磁电动机的示意图。
[0017] 图3是图2系统的变换器模块的示意图。
[0018] 图4是用于改变变换器的热量产生的过程的示意性的流程图。
[0019] 图5A是与2 kHz的载波频率相对应的说明性的连续PffM模式。
[0020] 图5B是与4 kHz的载波频率相对应的说明性的连续PffM模式。
[0021 ] 图6A是与2 kHz的载波频率相对应的说明性的非连续PffM模式。
[0022] 图6B是与4 kHz的载波频率相对应的说明性的非连续PffM模式。
[0023] 图7是典型的废热回收回路的示意图。
[0024] 图8是可用于图1系统的控制器的说明性的示意图。
[0025] 图9是典型的HVACR系统的示意图。
[0026] 图10是可用于图9 HVACR系统的控制器的示意图。
[0027] 图11是流程图，