空调器中室外风机的台风电源保护电路、室外机及空调器的制作方法

本发明涉及空调器技术领域，特别涉及一种空调器中室外风机的台风电源保护电路、一种室外机及一种空调器。

背景技术：

相关技术中的空调器通过变频器驱动室外风机运转。在相关技术中，空调器中的室外风机如果遇到外风(台风或者强台风)，则处于停机状态下的风机也会发生旋转。如果外风风速较大，则电机的转速较高，电机自身产生较大的感应电压，感应电压引起的再生电压如果超过变频器中的电子器件(例如电容)的耐压值，则会造成电子器件损坏，造成损失，用户体验较差。

另外，如果外风风速过大，还会引起很多次生问题，例如，室外风机风轮强度不足造成的风叶损坏问题、室外风机的轴承寿命问题、过电流引起的电机的启动退磁问题、电力再生的过电压问题等，降低了产品的可靠性。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种空调器中室外风机的台风电源保护电路，该保护电路可以解决台风引起的电子器件损坏的问题，同时可以避免台风引起的次生问题。

本发明的另一个目的在于提出一种室外机。本发明的又一个目的在于提出一种空调器。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种空调器中室外风机的台风电源保护电路，包括：变频器，所述变频器包括三相逆变单元和控制单元，所述三相逆变单元的第一直流端和第二直流端用以连接高压直流电源，所述三相逆变单元的三相输出端用以连接所述室外风机中的电机；单相可控开关，所述单相可控开关的第一端连接在所述三相输出端中的任意一相输出端与所述电机之间，所述单相可控开关的第二端与所述第一直流端相连，所述单相可控开关的控制端与所述控制单元相连，其中，当所述空调器启动工作时，所述控制单元控制所述单相可控开关处于断开状态；当所述空调器停机时，所述控制单元控制所述单相可控开关处于闭合状态。

根据本发明实施例提出的空调器中室外风机的台风电源保护电路，通过控制单元控制单相可控开关断开或闭合，当空调器启动工作时，控制单元控制单相可控开关断开，以使三相逆变单元的三相输出端与室外风机中的电机相连，当空调器停止工作时，控制单元控制单向可控开关闭合，以使三相逆变单元的任意一相输出端与第一直流端相连。由此可知，根据本发明实施例的保护电路在遭遇台风时利用电机的制动转矩降低室外风机的转速，以降低电机的感应电压引起的变频器的再生电压，避免台风引起的电子器件损坏，减少经济损失，提升了用户体验。并且，可以避免风轮强度不足造成的风叶损坏，避免台风引起的轴承冲击，避免过电流引起的电机的启动退磁问题，提高了产品的可靠性。

根据本发明的一个实施例，所述单相可控开关可为继电器。

根据本发明的一个实施例，所述三相逆变单元包括第一至第六开关管，第一开关管与第二开关管构成第一桥臂，第三开关管与第四开关管构成第二桥臂，第五开关管与第六开关管构成第三桥臂，所述第一桥臂具有第一节点，所述第二桥臂具有第二节点，所述第三桥臂具有第三节点，所述第一节点、所述第二节点和所述第三接点构成所述三相输出端。

根据本发明的一个具体实施例，所述第一至第六开关管可为IGBT或MOSFET。

根据本发明的一个实施例，所述IGBT或MOSFET上反向并联有二极管，其中，当所述单相可控开关的第一端连接在所述三相输出端中的第一相输出端与所述电机之间时，如果所述单相可控开关处于闭合状态，所述第二桥臂和所述第三桥臂中的上管上反向并联的二极管作为整流二极管，且所述三相输出端中的第二相输出端、第三相输出端与第一相输出端之间构成回路。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出的一种室外机，包括所述实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路。

根据本发明实施例提出的室外机，通过上述空调器中室外风机的台风电源保护电路，在遭遇台风时利用电机的制动转矩降低室外风机的转速，从而降低室外风机的转速，以降低电机的感应电压引起的变频器的再生电压，避免台风引起的电子器件损坏，减少经济损失，提升了用户体验。并且，可以避免风轮强度不足造成的风叶损坏，避免台风引起的轴承冲击，避免过电流引起的电机的启动退磁问题，提高了产品的可靠性。

为达到上述目的，本发明又一方面实施例提出的一种空调器，包括所述实施例的室外机。

根据本发明实施例提出的空调器，通过上述室外机，在遭遇台风时利用电机的制动转矩降低室外风机的转速，以降低电机的感应电压引起的变频器的再生电压，避免台风引起的电子器件损坏，减少经济损失，提升了用户体验。并且，可以避免风轮强度不足造成的风叶损坏，避免台风引起的轴承冲击，避免过电流引起的电机的启动退磁问题，提高了产品的可靠性。

附图说明

图1是根据本发明实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路的方框示意图；

图2是根据本发明一个实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路的电路原理图；

图3是根据本发明一个具体实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路的电路原理图；

图4是根据本发明另一个具体实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路的电路原理图；

图5是根据本发明一个实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路的波形示意图；

图6是根据本发明另一个实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路的波形示意图；

图7是根据本发明一个具体实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路的铜损的波形示意图；

图8是根据本发明一个具体实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路的波形示意图；

图9是根据本发明实施例的室外机的方框示意图；以及

图10是根据本发明实施例的空调器的方框示意图。

附图标记：

变频器10、单相可控开关20、高压直流电源30和电机40；

三相逆变单元101和控制单元102；

第一开关管Q1至第六开关管Q6以及第一二极管D1至第六二极管D6。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例提出的空调器中室外风机的台风电源保护电路、室外机及空调器。

图1是根据本发明实施例的空调器中室外风机的台风电源保护电路的方框示意图。如图1所示，该室外风机的台风电源保护电路包括：变频器10和单相可控开关20。

其中，变频器10包括三相逆变单元101和控制单元102，三相逆变单元101的第一直流端+和第二直流端-用以连接高压直流电源30，三相逆变单元101的三相输出端用以连接室外风机中的电机40；单相可控开关20的第一端连接在三相输出端中的任意一相输出端与电机40之间，单相可控开关20的第二端与第一直流端+相连，单相可控开关20的控制端与控制单元102相连，其中，当空调器启动工作时，控制单元102控制单相可控开关20处于断开状态；当空调器停机时，控制单元102控制单相可控开关20处于闭合状态。

具体来说，当空调器启动工作时，控制单元102控制单相可控开关20处于断开状态，三相逆变单元101的三相输出端与电机40相连，三相逆变单元101对高压直流电源30提供的直流电进行逆变处理以输出三相交流电，并将逆变处理后的三相交流电提供给电机40，以为电机40供电；当空调器停止工作时，控制单元102控制单相可控开关20处于闭合状态，以使第一直流端+与电机40的任意一相绕组(例如U相绕组、V相绕组或W相绕组)直接相连，电机40的绕组、三相逆变单元101和单相可控开关20构成导通回路。在遭遇台风时，室外风机的风轮带动电机40的转子旋转，电机40的转子切割磁场线产生感应电压E，并在电机40的绕组上产生感应电流Im，根据左手定则，在电机40转动时，电机40的绕组上形成制动转矩以阻碍电机40转动，此时，电机40运行在发电状态，电机40转动做功的值与电机40内部的铜损相等。

这样，在外风和内部制动转矩的作用下，电机40产生较低的感应电压，且电机40的转速Ns持续受到制动转矩限制，电机40以较低的转速Ns慢慢转动，而不会完全停止。

由此，根据本发明实施例的保护电路在遭遇台风时电机受到制动转矩作用，从而降低室外风机的转速，以降低电机的感应电压引起的变频器的再生电压，避免台风引起的电子器件损坏，减少经济损失，提升了用户体验。并且，可以避免风轮强度不足造成的风轮叶片损坏，避免台风引起的轴承冲击，避免过电流引起的电机的启动退磁问题，提高了产品的可靠性。

根据本发明的一个具体实施例，单相可控开关20可为继电器。其中，该继电器可为1极1接点继电器。也就是说，当控制单元102控制单相可控开关20处于闭合状态时，电机40发生一极继电器短路。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，三相逆变单元101包括第一开关管Q1至第六开关管Q6，第一开关管Q1与第二开关管Q2构成第一桥臂，第三开关管Q3与第四开关管Q4构成第二桥臂，第五开关管Q5与第六开关管Q6构成第三桥臂，第一桥臂具有第一节点，第二桥臂具有第二节点，第三桥臂具有第三节点，第一节点、第二节点和第三接点构成三相输出端。

根据本发明的一个具体实施例，第一开关管Q1至第六开关管Q6可为IGBT管或MOSFET管。

具体来说，在空调器启动工作时，控制单元102控制单相可控开关20处于断开状态，变频器10的驱动单元驱动第一开关管Q1至第六开关管Q6按照预设规律开通和关断，以对高压直流电源30提供的直流电进行逆变处理，并将逆变处理后的三相交流电通过三相输出端A、B、C提供给电机40，以为电机40供电，其中，A相输出端与电机40的U相绕组相连，B相输出端与电机40的V相绕组相连，C相输出端与电机40的W相绕组相连。在空调器停止工作时，第一开关管Q1至第六开关管Q6关断，控制单元102控制单相可控开关20处于闭合状态，以使第一直流端+与三相逆变单元101的三相输出端中的任意一相输出端相连，也就是说，电机40发生一极继电器短路，第一直流段+与电机40的任意一相绕组(U相绕组、V相绕组或者W相绕组)相连。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，IGBT管或MOSFET管上反向并联有二极管，其中，当单相可控开关20的第一端连接在三相输出端中的第一相输出端A与电机40之间时，如果单相可控开关20处于闭合状态，第二桥臂和第三桥臂中的上管(即第三开关管Q3和第五开关管Q5)上反向并联的二极管作为整流二极管，且三相输出端中的第二相输出端B、第三相输出端C与第一相输出端之间构成回路。

具体来说，第一开关管Q1上反向并联有第一二极管D1，第二开关管Q2上反向并联有第二二极管D2，第三开关管Q3上反向并联有第三二极管D3，第四开关管Q4上反向并联有第四二极管D4，第五开关管Q5上反向并联有第五二极管D5，第六开关管Q6上反向并联有第六二极管D6。当单相可控开关20的第一端连接在三相输出端中的第一相输出端A与电机40之间时，如果单相可控开关20处于闭合状态，则第一桥臂中的第一开关管Q1和第一二极管D1被短路，此时，可得到图3所示的等效电路。

如图3所示，当遭遇台风时，室外风机的风轮带动电机40的转子旋转，电机40的转子切割磁场线产生感应电压E，并在电机40的绕组上产生感应电流，当V相流过的感应电流Iv为正方向时，感应电流Iv经第三二极管D3流出，然后经过单相可控开关20流入U相绕组；当W相流过的感应电流Iw为正方向时，感应电流Iw经第五二极管D5流出，然后经过单相可控开关20流入U相绕组，构成导通回路。因此，U相绕组中流过的感应电流为V相的感应电流Iv和W相的感应电流Iw的和，且感应电流的方向为负方向。

下面结合图4-6对遭遇台风时电机40的感应电压、感应电流和电机40内部铜损的波形进行分析。

根据本发明的一个实施例，假设将单相可控开关20的第一端连接在三相输出端中的第三相输出端C与电机40之间，如果单相可控开关20处于闭合状态，则第三桥臂中的第五开关管Q5和第五二极管D5被短路，此时，可得到图4所示的等效电路。当遭遇台风时，流过U相绕组的感应电流Iu和流过V相绕组的感应电流Iv为正方向，流过W相绕组的感应电流Iw的方向为负方向，且Iw为Iu与Iv的和，其中，感应电流Iu、Iv和Iw的波形可如图5所示。

具体来说，以W相绕组为基准进行分析，可得到图5所示的波形。

如图5所示，在一个周期内，在t1时刻，U相绕组开始流过正方向的感应电流Iu，此时，U相绕组的感应电压高于W相绕组的感应电压，U相绕组与W相绕组之间的电压Euw大于零且逐渐增加。

在t2时刻，V相绕组与W相绕组之间的电压Evw高于此时，V相绕组开始流过正方向的感应电流Iv，之后，感应电流Iv逐渐增加，感应电流Iu逐渐减小。

在t3时刻，U相绕组与W相绕组之间的电压Euw低于此时，U相绕组的感应电流Iu变为零，V相绕组的感应电流Iv逐渐减少。

在t4时刻，V相绕组与W相绕组之间的电压Evw为零，且回路中的感应电流Iu和Iv均为零，因此，流过W相绕组的感应电流Iw为零。

进一步地，结合电机常数，可计算电机40内部各相绕组的铜损Pu、Pv和Pw，其中，铜损Pu、Pv和Pw以及电机40内部铜损的和P3＇的波形如图6所示。

由此可知，如果在空调器停机时控制电机40发生一极继电器短路，则当外风作用于风轮叶片时，电机40的感应电压、感应电流和电机40内部铜损的波形复杂，因此，难以进行短路动作分析。

需要说明的是，在空调器停机时，电机40发生三相短路、任意两相短路或者一极继电器短路，电机40转动做功功率与电机40内部的铜损均相等。因此，在电机40发生一极继电器短路时，可以利用三相短路、任意两相短路和一极继电器短路时电机40内部的铜损的比例关系，对一极继电器短路时外风风速v引起的电机40的转速Ns和感应电流的平均值Im进行推算。

根据本发明的一个实施例，如果在空调器停机时控制电机40的三相绕组短接，则电机40内部的铜损P1＇＝3×R×Im²＝3×1.2×2.33²＝19.5W，其中，R为单相绕组的电阻值，Im为三相短路时的感应电流的平均值。

根据本发明的另一个实施例，如果在空调器停机时控制电机40的任意两相绕组短接，则电机40内部的铜损两相短路时电机40内部的铜损P2＇为三相短路时电机40内部的铜损P1＇的一半。

下面结合图7和8，对电机40发生一极继电器短路时的工作原理进行具体分析和验证。

如图7所示，以电机40的转速Ns为1rpm为例对电机40内部的铜损进行分析。如果电机40的三相绕组短路，则电机40内部的铜损P1＇的平均值为8.167mW；如果电机40的任意两相绕组短路，则电机40内部的铜损P2＇的平均值为4.08366mW；如果电机40发生一极继电器短路，则电机40内部的铜损P3＇的平均值为3.4032mW。其中，三相短路、任意两相短路和一极继电器短路时电机40内部的铜损的比例为100％：50％：41.668％。

需要说明的是，上述比例关系同样适用于电机40在外风作用下发生转动时产生的内部铜损。

还需说明的是，电机40在外风作用下的转数Ns的最大值为172rpm，如果转速Ns超过172rpm，则会导致电机40的刹车力降低。

根据本发明的一个具体实施例，如图8所示，当电机的转速Ns达到172rpm时，三相短路时的外风风速v为53.1m/s，任意两相短路时的外风风速v为37.5m/s，1极继电器短路时的外风风速v为34.3m/s，也就是说，当电机40的转速Ns相同时，三相短路、任意两相短路和一极继电器短路时的外风风速v为100％：70.71％：64.55％。

上述外风风速v的比例的平方为100％：50％：41.668％，与三相短路、任意两相短路和一极继电器短路时电机40内部的铜损的比例相等。

如图8所示，三相短路、任意两相短路和一极继电器短路时电机40内部的铜损的最大值分别为是120W、60W、50W，其比例为100％：50％：41.668％。

另外，当电机40发生一极继电器短路时，由于电机40各相绕组的感应电流不相同，因此，可分别计算感应电流的平均值。如图10所示，当电机的转速Ns达到172rpm时，三相短路、任意两相短路和一极继电器短路时电机40的感应电流的平均值分别为5.795A、4.098A、3.741A，其比例为100％：70.71％：64.55％，与外风风速v的比例相同。

如上所述，在外风作用下，当电机40的转速Ns相同时，三相短路时电机40内部的铜损最大，制动转矩最大，室外风机可以承受的外风风速v最大，两相短路次之，一极继电器短路最次。

综上，根据本发明实施例提出的空调器中室外风机的台风电源保护电路，通过控制单元控制单相可控开关断开或闭合，当空调器启动工作时，控制单元控制单相可控开关断开，以使三相逆变单元的三相输出端与室外风机中的电机相连，当空调器停止工作时，控制单元控制单向可控开关闭合，以使三相逆变单元的任意一相输出端与第一直流端相连。由此可知，根据本发明实施例的保护电路在空调器停机时通过单相可控开关将三相逆变单元的任意一相短路，从而可以利用电机的制动转矩降低室外风机的转速，以降低电机的感应电压引起的变频器的再生电压，避免台风引起的电子器件损坏，减少经济损失，提升了用户体验。并且，可以避免风轮强度不足造成的风叶损坏，避免台风引起的轴承冲击，避免过电流引起的电机的启动退磁问题，提高了产品的可靠性。

图9是根据本发明实施例的室外机的方框示意图。如图9所示，该室外机200包括空调器中室外风机的台风电源保护电路100。

综上，根据本发明实施例提出的室外机，通过上述空调器中室外风机的台风电源保护电路，在遭遇台风时利用电机的制动转矩降低室外风机的转速，以降低电机的感应电压引起的变频器的再生电压，避免台风引起的电子器件损坏，减少经济损失，提升了用户体验。并且，可以避免风轮强度不足造成的风叶损坏，避免台风引起的轴承冲击，避免过电流引起的电机的启动退磁问题，提高了产品的可靠性。

图10是根据本发明实施例的空调器的方框示意图。如图10所示，该空调器300包括室外机200。

综上，根据本发明实施例提出的空调器，通过上述室外机，在遭遇台风时利用电机的制动转矩降低室外风机的转速，以降低电机的感应电压引起的变频器的再生电压，避免台风引起的电子器件损坏，减少经济损失，提升了用户体验。并且，可以避免风轮强度不足造成的风叶损坏，避免台风引起的轴承冲击，避免过电流引起的电机的启动退磁问题，提高了产品的可靠性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。