专利名称：空调机的谐波抑制设备及其抑制方法
技术领域：
本发明涉及适于根据制冷或加热生产率产生压缩机可变的工作频率的逆变器空调机，特别涉及一种适于有效地消除空调机在过载状况下操作时生成的谐波分量的空调机的谐波抑制设备及其抑制方法。
如
图1所示，逆变器设备通常包括变换器3，用于把从电源输入端1输入的交流AC电源变换成直流DC电源；控制器5，用于根据室外状况和室内单元的指令确定压缩机9的工作频率以输出逆变器驱动信号；和逆变器7，用于根据控制器5输出的驱动信号使功率晶体管(未示出)交替导通或截止，以把变换器3输出的DC电源变换成三相AC电源。
变换器3进一步设有桥式整流器11，用于把AC输入电源整流为预定的DC电压；和连接桥式整流器11的输出端的平滑电容器C1，用于滤除由桥式整流器11整流的DC电压中含有的波纹分量，同时充入整流的DC电压。
在这种构造的逆变器设备中，当AC输入电源加到电源输入端1上时，AC输入电源在变换器3上的桥式整流器11整流成预定的DC电源，并且由平滑电容器C1滤除桥式整流器11整流的DC电源中含有的波纹分量。
此时，逆变器7用来根据控制器5输出的驱动信号交替地导通或截止6个功率晶体管(未示出)，以把变换器3输出的DC电源变换成三相(U相，V相，W相)AC电源，从而驱动压缩机9。
如上所述，把AC输入电源变换成DC电源的变换器3利用平滑电容器C1的较大电容量，以便获得具有小波纹的DC电源。然而，存在以下问题输入电流受平滑电容器C1的影响变形成为非正弦波从而含有增加的谐波分量，以致电源电容器的操作故障、阻断等情况发生并使无功功率增加。
由于这种情况，欧洲和其它发达国家根据国际电工技术委员会IEC建议已经建立了谐波的法律标准和技术规格(EN 55022)，因此不满足IEC标准的电气和电子产品不允许出口。
所以，空调机被设计成满足谐波标准(EN 55022)，特别是当逆变器7被接通以驱动压缩机9时，谐波分量显著增加，因此必须发展谐波抑制设备。
如图2所示，作为空调机的传统谐波抑制设备，零电压检测器13和谐波抑制器15被设置在传统的逆变器设备上。在这里，零电压检测器13检测从电源输出端1输入的AC输入电源的零电压点并从零电压点向控制器5输入脉冲信号；在控制器5预置的谐波抑制时间期间，谐波抑制器15在零电压检测器13输入的脉冲信号的后沿上短路连接变换器3和逆变器7的正(+)电源线和负(-)电源线，从而使电流流通。
在如此构成的空调机的谐波抑制设备中，当从电源输入端1施加AC输入电源时，AC输入电源被变换器3变换成DC电源，逆变器7根据控制器5输出的驱动信号导通和截止6个功率晶体管(未示出)，以把变换器3输出的DC电源变换成三相(U相、V相、W相)AC电源，从而驱动压缩机9。
当压缩机9启动时，电流波形(b)与负载(压缩机)上消耗的电流量成比例地滞后于电压，因而如图4所示，生成了电流波形(b)与电压波形(a)之间的相位差从而增加了谐波分量。
所以，为了消除该谐波分量，由零电压检测器13检测从电压输入端1输入的AC输入电源的零电压点，以便在电压波形(a)处于零电压点上时向控制器5输入脉冲信号(c)。
在预置的谐波抑制期间控制器15在零电压检测器13输入的脉冲信号(c)的后沿驱动谐波抑制器15，以短路连接变换器3和逆变器7的正(+)电源线和负(-)电源线以便在短时间期间随意产生电流波形，从而减小了电流波形(b)与电压波形(a)之间的相位差，于是抑制了谐波分量，如图5所示。
其间，当压缩机9以低工作频率操作时，消耗电流也减小从而减小了电流波形(b)与电压波形(a)之间的相位差，当压缩机9以高工作频率操作时，消耗电流也增加从而增大了电流波形(b)与电压波形(a)之间的相位差。此时控制器5建立与压缩机9的工作频率成比例的谐波抑制时间。
接着，当控制器5根据压缩机9的工作频率建立的谐波抑制时间结束时，谐波抑制器15被关断。
然而，在所述的现有技术的谐波抑制设备中存在以下问题当在过载状况下执行操作时谐波分量不能被有效抑制，这是因为谐波抑制器15在仅与压缩机9的工作频率成比例建立的谐波抑制周期的期间启动，而不考虑在过载期间电压波形(a)与电流波形(b’)之间的相位差变得大于电压波形(a)与电流波形(b)之间的相位差的情况，甚至当压缩机9以同样工作频率操作时也是这样，如图6所示。
本发明公开了一种解决上述问题的技术方案，其目的是提供空调机的谐波抑制设备及其抑制方法，它们适于为了过载状况的辨别检测室外温度并适于在过载状况期间增加比在正常负载状况期间更长的谐波抑制时间，从而有效地抑制了谐波分量，这样可以满足与负载变化无关地抑制谐波电流的IEC的标准(EN 55022)。
根据本发明的一个目的，提供了一种空调机的谐波抑制设备，该空调机包含变换器装置，用于把电源输入端的AC输入电源变换成DC电源；逆变器装置，用于把在变换器装置上变换的DC电源变换成期望频率的三相AC电源；和由逆变器装置输出的三相AC电源带动转动的压缩机，其中所述的谐波抑制设备包括零电压检测装置，用于检测来自电源输入端的输入电压的零电压点；室外温度检测装置，用于检测室外温度；控制装置，用于辨别室外温度检测装置检测的室外温度是过载状况还是正常负载状况，如果室外温度是过载状况则将谐波抑制时间增加到比在正常负载状况下更长的时间；和谐波抑制装置，用于使零电压检测装置输入的输入电压的零电压点同步从而短路压缩机的电源线。
根据本发明的另一个目的，这里提供了一种空调机的谐波抑制方法，该空调机适应于把从电源输入端输出的AC电源变换成DC电源和把变换的DC电源变换成期望频率的三相AC电源随后操作压缩机的，该方法包括以下步骤建立与压缩机工作频率相称的谐波抑制装置的驱动时间；
检测从电源输入端输入的输入电压的零电压点；检测室外温度，以辨别室外温度是过载还是正常负载；当室外温度是过载辨别步骤中的过载状况时，以比时间建立步骤建立的谐波抑制装置的驱动时间更长的时间期间短路压缩机的电源线；和当室外温度是过载辨别步骤中的正常负载状况时，以在时间建立步骤建立的谐波抑制装置的驱动时间短路压缩机的电源线。
为了更好地理解本发明的特性和目的，将结合附图进行如下的详细地说明。
图1是传统逆变器设备的电路方框图；图2是与现有技术相应的谐波抑制设备的方框图；图3是从输入电源电压的零电压点输出的脉冲波形图；图4是谐波抑制器被驱动前的电压和电流波形图；图5是谐波抑制器被驱动时的电压和电流波形图；图6是在与现有技术相应的过载和正常负载状况下的电压和电流波形；图7是说明本发明一个实施例的空调机的谐波抑制设备的方框图；图8是说明本发明一个实施例的空调机的谐波抑制设备具体电路图；图9是说明本发明的空调机的谐波抑制操作程序的流程图；图10是在本发明的过载和正常负载状况下的电压和电流波形图。
下面参照附图详细说明本发明的优选实施例。
图7是说明本发明一个实施例的空调机的谐波抑制设备的方框图，图8是说明本发明一个实施例的空调机的谐波抑制设备具体电路图。
如图7和图8所示，变换器装置100整流和平滑从电源输入端1输入的AC输入电源，然后将其变换成DC电源；零电压检测装置110检测从电源输入端1输入的AC输入电源的零电压点，零电压检测装置110包含滤波单元112、光电耦合器114、第一开关单元116和第二开关单元118。
滤波单元112设有用于滤除从电源输入端1输入的AC输入电源的电源噪声分量的电阻器R1和R2以及电容器C1和C2。光电耦合器114用于接收被滤波单元112去除电源噪声的AC输入电源并在AC输入电压的零电压点开始操作。
当光电耦合器114开始操作时，设有电阻器R3～R6、晶体管TR1和电容器C3的第一开关单元116接收从外部施加的电压VCC1，此后开始操作；第二开关单元118包含电阻器R7～R10、晶体管TR2和电容器C4，第二开关单元118在第一开关单元116开始工作时接收从外部施加的电压VCC1，此后导通工作。
此外，室外温度检测装置120用于检测根据空调机的操作改变的室外温度，它包含室外温度检测器122，其电阻值根据室外温度变化；电阻R15，用于分担随室外温度检测器122变化的电阻值；电容器C9，用于滤除电阻器R15和室外温度检测器122分压的电压信号中含有的噪声分量；和电阻器R16，用于把由电容器C9滤除噪声分量的电压信号输入到控制装置(稍后说明)上。
控制装置130是与零电压检测装置110输入的AC输入电源的零电压点信号(脉冲信号)同步以输出控制信号的微计算机，以使从电源输入端1输入的输入电流相位接近输入电压的相位和根据室内单元的命令和室外状况确定压缩机160的工作频率，从而输出逆变器驱动信号。控制装置130在只读存储器ROM表中存储与压缩机160的工作频率成比例变化的基本控制值(谐波抑制时间)。控制装置130还辨别室外温度检测装置120检测的室外温度是过载状况还是正常负载状况，以便变化地控制ROM表中存储的谐波抑制时间。
谐波抑制装置140接收控制装置130输出的开关信号以抑制谐波分量，以使输入电流的相位接近输入电压的相位，它设有第三开关单元142，混合集成电路元件144(以下成为混合元件)和电源开关单元146。
第三开关单元142包含电容器C5～C8、电阻器R11～R13、晶体管RT3和二极管D1，这使它能够根据控制装置140输出的高电平控制信号向混合元件144供应电流。混合元件144接收来自第三开关单元142的电流以输出高电平的电压信号。
电源开关单元146包含电阻器R14、晶体管TR4、二极管D4和电源噪声扼流圈变压器L1和L2，它根据混合元件144输入的高电平电压信号短路连接逆变器装置(稍后说明)和变换器装置100的正(+)电源线和负(-)电源线。
逆变器装置150根据控制装置130输出的驱动信号交替地导通和截止6个功率晶体管(未示出)，以把变换器装置100输出的DC电源变换成适用于压缩机160工作频率的可变频率和三相(U相，V相，W相)AC电源，然后把它供给压缩机160。
下面说明这样构成的空调机的谐波抑制设备的工作效果及其抑制方法。
当AC输入电源从电源输入端1供给时，AC输入电源被变换器装置100变换成DC电源，变换器装置150根据控制装置130输出的驱动信号导通和截止6个晶体管(未示出)，以把变换器装置100输出的DC电源变换成三相AC电源并驱动压缩机160。
当压缩机160被驱动时，电流波形(b)与负载(压缩机)的消耗电源的大小成比例地滞后电压，生成了电流波形(b)与电压波形(a)之间的相位差，如图4所示，于是增加了谐波分量。
在本发明中，设置了零电压检测装置110、室外温度检测装置120、控制装置130和谐波抑制装置140，并且执行控制以使电流相位接近电压相位，如图9所示。
图9是说明本发明的空调机的谐波抑制操作程序的流程图。这里S被定义为步骤。
首先，在步骤S1，控制装置130在ROM表中建立谐波抑制装置140的基本数据(驱动时间)，用于根据压缩机160的工作频率增加或减少谐波抑制时间(t)。谐波抑制装置140的基本数据的值缩短了谐波抑制装置140的驱动时间，这是因为当压缩机160的工作频率降低时，消耗电流也减少，从而减少了电压波形与电流波形之间的相位差。当压缩机160的工作频率增加时，消耗电流也增加，从而增加了电压波形与电流波形之间的相位差，这样谐波抑制装置140的驱动时间就被延长以控制谐波抑制时间(t)。
接着，在步骤S2，控制装置130根据室外状况和室内单元的命令确定压缩机160的工作频率。此时，电源输入端1输入的AC输入电源的电源噪声分量被滤波单元112滤除并施加于零电压检测装置110的光电耦合器114上，该光电耦合器114在AC输入电源的零电压点导通。
当光电耦合器114执行操作时，第一和第二开关单元116和118中的晶体管TR1和TR2导通，并且与AC输入电源的零电压点同步的脉冲信号(c)从零电压检测装置110输入给控制装置130，如图3所示。
接着，在步骤S3，进行零电压脉冲信号是否输入给控制装置130的判别，如果零电压脉冲信号(c)未输入(“否”的情形)，则重复执行步骤S3的操作直到零电压脉冲信号(c)被输入。
作为步骤S3上的判别结果，如果零电压脉冲信号(c)被输入(“是”的情形)，则流程进入步骤S4，以检测室外温度检测器122上根据室外温度变化的电阻值，这里由室外温度检测器122检测的电阻值与电阻器R15分压，然后输入给控制装置130。
接着，在步骤S5，控制装置130把从室外温度检测装置120输入的电压模拟数据变换成数字数据，以判别该室外温度是过载状况还是正常负载状况。
过载或正常负载状况由空调机的安装位置和其类型适当地决定，这样，例如当室外温度超过40摄氏度时，它被判定为正常负载状况。
过载状况可以根据需要进一步被细分。例如，在冷却操作期间当室外温度为40℃～45℃时，它被称作第一过载状况，当它超过45℃时被称作第二过载状况。
作为步骤S5的判别结果，如果室外温度符合过载状况(在“是”的情况中)，流程进入步骤S6，在这里控制装置130使ROM表中建立的谐波抑制装置140的基本数据值(t)增加Δt，也就是说，增加谐波抑制装置140的驱动时间和增加的消耗电流一样多。
同时，作为步骤S5的判别结果，如果室外温度符合正常负载状况(在“否”的情况中)，流程进入步骤S7，在这里控制装置130根据在步骤S1上建立的ROM表确定与压缩机160的操作频率对应的谐波抑制装置140的驱动时间(t)。
当谐波抑制装置140的驱动时间是根据室外温度是过载还是正常负载状况的判别来确定时，流程进入步骤S8，在这里，控制装置130在零电压检测装置110输入的脉冲信号(c)的后沿向谐波抑制装置140输出高电平控制信号，用于在室外温度确定的谐波抑制时间期间驱动谐波抑制装置140。
接着，谐波抑制装置140根据从控制装置130输入的高电平控制信号导通第三开关单元142中的晶体管TR3，以向混合元件144供给电流，从而短路连接变换器装置100和逆变器装置150的正(+)电源线和负(-)电源线。
当正(+)电源线和负电源线(-)被短路时，电流波形在短时间期间被随意形成，这样电流波形(b)与电压波形(a)间的相位差被减小从而抑制了谐波分量。
同时，由于即使压缩机160在同样的频率上操作，过载期间电压波形(a)与电流波形(b’)之间的相位差也变得大于电压波形(a)与电流波形(b)之间的相位差的事实，所以即使在过载期间，通过在室外温度为过载状况时增加谐波抑制时间来使电压波形(a)与电流波形(b’)之间的相位差变得较小。
所以，谐波分量被有效地抑制而且与负载变化无关，因而使充分满足EN55022的电流谐波的控制操作成为可能，这样该谐波抑制装置可以在利用逆变器方法的所有电子设备的谐波设备上使用。
正如从上述说明所看到的那样，本发明的空调机的谐波抑制设备及其方法具有以下优点检测室外温度以判别是否在过载状况增加更长的谐波抑制时间，并在过载状况增加比正常负载状况更长的谐波抑制时间，因而可以与负载变化无关地满足限制谐波电流的EN55022标准。
权利要求
1.一种空调机的谐波抑制设备，该空调机包含变换器装置，用于把电源输入端的AC输入电源变换成DC电源；逆变器装置，用于把在变换器上变换的DC电源变换成期望频率的三相AC电源；和由逆变器装置输出的AC三相电源带动转动的压缩机，其中所述的设备包括零电压检测装置，用于检测来自电源输入端的输入电压的零电压点；室外温度检测装置，用于检测室外温度；控制装置，用于判别室外温度检测装置检测的室外温度是过载还是正常负载状况，如果室外温度是过载状况则增加比在正常负载状况中更长的谐波抑制时间；和谐波抑制装置，用于与零电压检测装置输入的输入电压的零电压点同步从而短路压缩机的电源线。
2.根据权利要求1所述的设备，其中在控制装置确定的谐波抑制时间期间，谐波抑制装置短路连接变换器装置和逆变器装置的正(+)电源线和负(-)电源线。
3.根据权利要求1所述的设备，其中控制装置存储根据压缩机的工作频率成比例地控制谐波抑制装置的驱动时间的基本控制值，并根据室外温度检测装置检测的室外温度改变该基本控制值。
4.一种空调机的谐波抑制设备，该设备包含变换器装置，用于把电源输入端的AC输入电源变换成DC电源；逆变器装置，用于把在变换器上变换的DC电源变换成期望频率的三相AC电源；和由逆变器装置输出的AC三相电源带动转动的压缩机，其中通过减少输入电流与输入电压之间的相位差来抑制谐波分量的设备包括零电压检测装置，用于检测来自电源输入端的输入电压的零电压点；室外温度检测装置，用于检测室外温度；控制装置，用于输出控制信号以便使输入电流的相位与零电压检测装置输入的零电压点同步并接近输入电压的相位；和谐波抑制装置，用于短路压缩机的电源线，以便根据控制装置输出的控制信号使输入电流的相位接近输入电压的相位，其中控制装置判别由室外温度检测装置检测的室外温度是过载还是正常负载状况，如果室外温度是过载状况，则将谐波抑制装置的驱动时间增加到比在正常负载状况中更长。
5.一种空调机的谐波抑制方法，该空调机适用于把从电源输入端输出的AC电源转变成DC电源和把变换的DC电源变换成期望频率的三相AC电源并随后操作压缩机，其中该方法包括以下步骤建立与压缩机工作频率相称的谐波抑制装置的驱动时间；检测从电源输入端输入的输入电压的零电压点；检测室外温度，以辨别室外温度是过载还是正常负载；当在过载辨别步骤中室外温度是的过载状况时，以比时间建立步骤中建立的谐波抑制装置的驱动时间更多的一时间期间短路压缩机的电源线；和当在过载辨别步骤中室外温度是正常负载状况时，以时间建立步骤中建立的谐波抑制装置的驱动时间短路压缩机的电源线。
6.根据权利要求5所述的方法，其中过载和正常负载状况期间的谐波抑制步骤进一步包含与零电压检测步骤中检测的输入电压的零电压点同步的步骤，从而短路压缩机的一电源线。
全文摘要
一种空调机的谐波抑制设备及其谐波抑制方法,适于在过载状况中增加比正常负载状况更长的谐波抑制时间。该空调机包含:变换器装置,用于把AC电源输入端的AC输入电源变换成DC电源;逆变器装置,用于把在变换器上变换的DC电源变换成期望频率的三相AC电源;和由逆变器装置输出的AC三相电源带动转动的压缩机,该设备包括:零电压检测单元,室外温度检测单元,控制单元和用于同步输入电压零电位从而短路压缩机电源线的谐波抑制单元。
文档编号H02M1/12GK1258958SQ9910942
公开日2000年7月5日 申请日期1999年6月30日 优先权日1998年12月30日
发明者廉善吉 申请人:三星电子株式会社