压缩机保护和电网故障检测设备的制作方法

专利名称：压缩机保护和电网故障检测设备的制作方法
技术领域：
本公开涉及电网故障检测和压缩机保护，更具体地，涉及低电网电压检测。
背景技术：
这里提供的背景技术描述以对本公开的内容作一般性说明为目的。在此背景技术 部分中描述的范围内的本发明人的工作以及说明书中关于尚未成为申请日之前的现有技 术的内容，无论是以明确或隐含的方式均不被视为相对于本公开的现有技术。在许多家用和商用环境中使用了压缩机，诸如用于加热、通风和空调(HVAC)系统 和冷却/制冷系统。在启动时，由于压缩机电机的电感在低频下具有非常低的电阻，因此压 缩机汲取的电流常常是高的。随着电机速度增加，电流降低。然而，随着提供给压缩机的电压下降，电流增加。当从电网向压缩机提供电力时， 电网电压的降低将使压缩机的电流增加。在各种环境中，诸如在变电站或输电线故障的情 况下，电网上可能出现电压降低。该电压降低可能导致压缩机汲取的电流的动态增加。

发明内容
一种压缩机监控系统包括电流和电压监控器、电流和电压平均模块、控制模块和 开关。电流监控器测量压缩机的电机汲取的电流。电流平均模块基于电流监控器测量的电 流生成第一和第二平均电流值。电压监控器测量市电电压。电压平均模块基于电压监控器 测量的电压生成第一和第二平均电压值。当第一比例大于第一预定阈值并且第二比例小于 第二预定阈值时，控制模块有选择地生成故障信号。第一比例基于第一和第二平均电流值。 第二比例基于第一和第二平均电压值。当故障信号被生成时，开关禁用电机。在其他特征中，第一比例基于第二平均电流值除以第一平均电流值。第二比例基 于第二平均电压值除以第一平均电压值。第二平均电流和电压值是在第一平均电流和电压 值之后生成的。第一预定阈值约为2。第二预定阈值约为0.8。在另外的特征中，电流平均模块通过对来自电流监控器的M个连续的电流值取平 均来生成第一和第二平均电流值中的每一个。电压平均模块通过对来自电压监控器的N个 连续的电压值取平均来生成第一和第二平均电压值中的每一个，其中M和N是大于1的整 数。M和N等于8。在另外的特征中，来自电流监控器的电流值中的每一个对应于周期性输入电力信 号的周期。来自电压监控器的电压值中的每一个对应于周期性输入电力信号的周期。对于 第一平均电流和电压值之后的P个周期生成第二平均电流和电压值，并且其中P等于M和N 中的一个。控制模块确定操作电流阈值，并且当来自电流监控器的电流值在预定时间长度 内保持超过操作电流阈值时，生成故障信号。控制模块基于峰值启动电流设定操作电流阈 值。在其他特征中，控制模块基于电机启动之后的启动时间周期期间的电流值中的最 大值来确定峰值启动电流。启动时间周期约为200ms。预定时间长度约为800ms。当启动时间周期结束时的电流值超过操作电流阈值时，控制模块生成故障信号。控制模块基于峰 值启动电流和约0. 4的乘积来确定操作电流阈值。在另外的特征中，压缩机监控系统进一步包括质量流量传感器，其测量压缩机中 的气体的质量流量并且输出质量流量值。当质量流量值的下降超过预定量时，控制模块生 成故障信号。压缩机监控系统进一步包括温度传感器，其测量压缩机的温度并且输出温度 值。当温度值的改变速率超过预定速率时，控制模块生成故障信号。在另外的特征中，压缩机监控系统进一步包括振动传感器，其确定压缩机的振动 分布。当振动分布的改变超过预定量时，控制模块生成故障信号。振动分布包括振动基频。 压缩机监控系统进一步包括功率因数监控模块，其确定电机的功率因数并且输出功率因数 值。当功率因数值的下降超过预定量时，控制模块生成故障信号。一种方法包括测量压缩机的电机汲取的电流；基于测量的电流生成第一和第二 平均电流值；测量市电电压；基于测量的电压生成第一和第二平均电压值；基于第一和第 二平均电流值确定第一比例；基于第一和第二平均电压值确定第二比例；当第一比例大于 第一预定阈值并且第二比例小于第二预定阈值时有选择地生成故障信号；以及当故障信号 被生成时，禁用电机。在其他特征中，该方法进一步包括基于第二平均电流值除以第一平均电流值来确 定第一比例；以及基于第二平均电压值除以第一平均电压值来确定第二比例。第二平均电 流和电压值是在第一平均电流和电压值之后生成的。第一预定阈值约为2。第二预定阈值 约为0.8。在另外的特征中，该方法进一步包括通过对M个连续的电流值取平均来生成第一 和第二平均电流值中的每一个；以及通过对N个连续的电压值取平均来生成第一和第二平 均电压值中的每一个，其中M和N是大于1的整数。M和N等于8。电流值中的每一个对应 于周期性输入电力信号的周期。第一和第二电压值对应于周期性输入电力信号的周期。对 于第一平均电流和电压值之后的P个周期生成第二平均电流和电压值，并且其中P等于M 和N中的一个。在另外的特征中，该方法进一步包括确定操作电流阈值；以及当来自电流监控器 的电流值在预定时间长度内保持超过操作电流阈值时，生成故障信号。该方法进一步包括 基于峰值启动电流设定操作电流阈值。该方法进一步包括基于电机启动之后的启动时间周 期期间的电流值中的最大值来确定峰值启动电流。启动时间周期约为200ms。预定时间长 度约为800ms。在其他特征中，该方法进一步包括当启动时间周期结束时的来自电流监控器的 电流值超过操作电流阈值时，生成故障信号。该方法进一步包括基于峰值启动电流和约0.4 的乘积来确定操作电流阈值。该方法进一步包括测量压缩机中的气体的质量流量；以及当 测量的质量流量的下降超过预定量时，生成故障信号。在另外的特征中，该方法进一步包括测量压缩机的温度；以及当测量的温度的改 变速率超过预定速率时，生成故障信号。该方法进一步包括确定压缩机的振动分布；以及当 振动分布的改变超过预定量时，生成故障信号。振动分布包括振动基频。该方法进一步包 括确定电机的功率因数；以及当功率因数的下降超过预定量时，生成故障信号。一种压缩机监控系统包括电流监控器、电压监控器、功率因数监控器、平均模块、控制模块和开关。电流监控器测量压缩机的电机汲取的电流。电压监控器测量电机的电 压。功率因数监控器基于测量的电流和测量的电压计算电机的功率因数并且生成功率因数 值。平均模块基于功率因数值生成第一平均功率因数值并且随后基于功率因数值生成第二 平均功率因数值。当比例小于预定阈值时，控制模块有选择地生成故障信号。控制模块基 于第二平均功率因数值除以第一平均功率因数值来计算比例。当故障信号被生成时，开关 禁用电机。在其他特征中，预定阈值约为0.8。平均模块通过对M个连续的功率因数值取平均 来生成第一和第二平均功率因数值中的每一个，其中M是大于1的整数。M等于8。功率因 数值中的每一个对应于周期性输入电力信号的周期。平均模块对于第一平均功率因数值之 后的M个周期生成第二平均功率因数值。通过下文提供的详细描述，本公开的另外的应用领域将变得明显。应当理解，详细 描述和特定示例仅用于说明的目的，并且不应限制本公开的范围。


通过详细描述和附图将更全面地理解本公开，在附图中图IA是压缩机电机开机事件的曲线图；图IB是压缩机的转子已停机的情况中的压缩机电机开机事件的曲线图；图2是电机操作期间的缓变电机故障的曲线图；图3是电网故障期间可能发生的迅速电机电流增加的曲线图；图4是电网故障期间测量的关于压缩机电机的电压和电流的曲线图；图5A至5B是示出实现转子停机检测和电网停机检测的控制系统的示例性操作的 流程图；图6是压缩机系统的示例性实现方案的功能框图；图7是压缩机系统的另一示例性实现方案的功能框图；以及图8至9是示例性集成压缩机系统的功能框图。
具体实施例方式以下描述在本质上仅是示例性的，决非限制本公开及其应用或使用。出于清楚的 目的，在附图中将使用相同的附图标记来表示相似的元件。如这里使用的习语“A、B和C中 的至少一个”应使用非排他性的逻辑或(OR)而被解释为意味着A或B或C的逻辑或。应当 理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的步骤可以按不同的顺序执行。如这里使用的术语“模块”指的是执行一个或多个软件或固件程序的电子电路、处 理器(共享、专用或群组)和存储器，组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他的适当 的部件。当配电电网中出现问题时，电网电压可能降低。该电压降低使连接到电网的压缩 机迅速增加其电流汲取。由于常常有许多压缩机连接到电网，因此电流增加被放大。电网 的运营商可以隔离诸如故障变电站或输电线的问题区域，并且从电网中移除问题区域。然而，在将问题隔离之前，压缩机可以已汲取如此之大的电流，以至于电网的剩余 部分不能满足电流需要，使得电压进一步下降。电压下降和压缩机电流增加之间的正反馈使得电流迅速增加。在某个电压处，压缩机可能开始停机。停机的压缩机汲取大的电流，该 电流可能与启动时汲取的电流相似。最终，高电流将压缩机加热到其中热保护电路使压缩机关机的点。在热保护关闭 大部分压缩机之前，最初的电网故障可能已被修复。此外，补充发电设施和/或电能存储设 施可能已被并网以尝试满足增加的电流需求。一旦压缩机因热过载而关闭，则对电网的需求降低。因而补充设施的存在可能使 电网电压超过所期望的电网电压。因而另外的发电和存储设施可能被禁用以减少电网电 压。由于电网电压降低到所期望的电压，因此先前因热过载而被关机的压缩机可以被足够 地冷却以再一次并网。该增加的需求可能触发另一低电压事件。这些问题可能难于在电网 层级上得到缓解，激发了对应用于单独的压缩机的解决方案的期望。现在参照图1A，呈现了压缩机电机开机事件的曲线图。在时间零处，电机开机，并 且电机电流快速地增加到峰值102。峰值102处的电流可以定义峰值电流104。在正常操 作期间，峰值102可以在诸如200毫秒(ms)的预定时间内出现。因此通过确定该预定时间 内的最大电流值可以确定峰值电流104。可以定义操作电流阈值106。可以与峰值电流104成比例地定义操作电流阈值 106。仅作为示例，操作电流阈值106可以等于峰值电流104的0. 4倍。可替选地，操作电 流阈值106可以是预定值。在正常操作期间，电机电流保持在操作电流阈值106以下。电 机电流可以典型地在启动之后的诸如800ms的预定时间内从峰值电流104下降到操作电流 阈值106以下。现在参照图1B，呈现了压缩机的转子已停机的情况中的压缩机电机开机事件的曲 线图。在启动时，电机电流增加到峰值120。在峰值120处定义峰值电流122，并且确定操 作电流阈值124。在图IB中，压缩机的转子已停机，并且因此电机电流在诸如800ms的预 定时间之前未下降到操作电流阈值124以下。如果电机电流未下降到操作电流阈值124以 下，则可以识别到故障。最终，高电流将加热压缩机并且启动热过载保护。然而，在识别到 故障时可以立即使压缩机关机。现在参照图2，呈现了电机操作期间的缓变电机故障的曲线图。在曲线图的左侧， 电机通过操作电流阈值202以下的电流进行操作。电机电流开始增加，并且如206处指示 的，最终越过操作电流阈值。如果电流超过操作电流阈值202，则可以立即声明故障。然而， 当瞬变现象使电机电流仅短暂地超过操作电流阈值202时，这可能引起错误肯定。 为了防止错误肯定，可以定义延迟。如果电机电流在延迟长度内保持在操作电流 阈值202以上，则可以声明故障。仅作为示例，延迟长度可以是800ms。该值可以对应于如 图IA中所示的电机电流从峰值电流水平降低的时间，或者可以被独立地确定。如图2中所示，如210处指示的，电机电流在800ms之后仍在操作电流阈值202以 上。因而可以声明故障，并且可以将故障分类为转子停机事件。在没有转子停机检测的情 况下，如214处指示的，电机电流可以继续增加直至高电流将压缩机加热，并且最终出现热 过载。现在参照图3，呈现了电网故障期间可能发生的迅速电机电流增加的曲线图。在图 3的左侧，电机电流低于操作电流阈值250。响应于可能引起电网电压的突然降低的电网故 障，如252处指示的，电机电流开始迅速增加。
在254处，电机电流已超过操作电流阈值250。当使用诸如上文参照图2描述的转 子停机检测时，压缩机将在800ms之后关闭。在没有转子停机检测的情况下，压缩机可以在 约3. 5和10秒之间的时间之后因热保护而关闭。电流如此迅速地上升的事实可用于在不 等待延迟(诸如800ms)或者没有转子停机检测的情况下识别故障。例如，如果计算电流的移动平均值，并且该移动平均值加倍，则可以声明故障并且 可以使压缩机关机。例如，可以在200ms内断定电流移动平均值的加倍。该故障的特征可以 被描述为电网停机。电网停机也可以通过电压降低来识别。例如，当电流的移动平均值加 倍，同时电压的移动平均值降低诸如百分之20的某个百分数时，可以识别电网停机。下文 参照图8讨论了诸如振动、质量流量、温度和功率因数的可以检测电网停机的另外的测量。用于识别电网故障的电压的降低量或者电流的增加量可以基于电网的参数和压 缩机的特性而变化。例如，在不存在故障时却识别到故障的情况中，可以使电流增加的百分 数增加以防止错误肯定。在由于电网故障未出现得足够快而错过电网故障的情况中，可以 使电流百分数降低以防止错误否定。对于特定的系统，所选择的电流百分数可以使这些因 素平衡。仅作为示例，电流百分数可以约为百分之100或者更大或更小的值。此外，可以相似地选择电压的百分数降低。仅仅当在相邻的平均值之间出现大的 百分数降低时识别停机可能使得较慢出现的电网故障被错过。使用小的百分数降低可能将 正常的电网电压改变误识别为电网故障。仅作为示例，电压百分数可以是约百分之20、约百 分之30、百分之20和30之间的值、或者更大或更小的值。为了易于描述，这里将仅描述百 分之100的电流百分数和百分之20的电压百分数。现在参照图4，呈现了电网故障期间测量的关于压缩机电机的电压和电流的曲线 图。沿X轴的每个刻度表示一个线路周期(line-cycle)。例如，对于50赫兹(Hz)电力，大 约每20ms出现一个线路周期。对于60Hz电力，大约每17ms出现一个线路周期。可以针对 电压和电流来计算移动平均值。仅作为示例，可以在最后的8个线路周期上执行移动平均。在任何点处计算的移 动平均值可以与八个线路周期之前计算的移动平均值比较。换言之，所比较的窗口可以是 两个连续的八个线路周期的窗口。仅作为示例，如图4中所示，在周期147处执行电流和电 压测量之后，可以比较关于电压和电流的移动平均值。最近的移动平均值覆盖八个先前的样本(线路周期140至147)，而比较移动平均 值覆盖线路周期132至139。由图4看到，关于第二组线路周期的电流的移动平均值是关于 第一组线路周期的电流的移动平均值的两倍。此外，关于第二组线路周期的电压的平均值 比关于第一组线路周期的平均值低出超过百分之20。因此在线路周期147结束时，可以声明电网故障，并且压缩机关机。移动平均值的 长度、电流的百分数增加以及电压的百分数降低仅被呈现作为示例，并且可以针对应用进 行调整。此外，可以基于诸如先前的电网故障和/或压缩机操作条件的因素来对它们进行 调节。现在参照图5A至5B，流程图示出了实现转子停机检测和电网停机检测的控制系 统的示例性操作。控制开始于步骤302，其中对变量RotorStallCount和GridStallCount 进行初始化。RotorStalICoimt跟踪已被声明的转子停机事件的次数。在未声明转子停机事件的情况中可以在预定时间周期之后重置RotorStalICount。此外，可以由服务技术人员现场地或者远程地重置RotorStalICount。 GridStallCoimt可以跟踪已被声明的电网故障的次数。在未声明电网故障的情况中可以 在预定时间周期之后重置GridStalICount。此外，当RotorStalICount被重置时可以重置 GridStalICount ο控制在步骤304中继续，其中控制确定测量的电压是否大于175伏特(V)。如果 是，则控制在步骤306中继续；否则，控制转移到步骤308。执行步骤304中的比较以确保 存在足以使压缩机启动的电压。值175V仅被呈现作为示例并且可以对应于240V电力。值175V可以对应于如下 的值，在该值以下时压缩机将停机和/或将汲取明显更多的电流。在各种实现方案中，步骤 304可以在继续之前在预定时间周期中监控电网电压。例如，控制可以确定电网电压是否在 175V以上保持诸如400ms的预定时间周期。在步骤308中，控制等待直至电压增加到185V以上。一旦电压增加到185V以上， 控制转移到步骤306 ；否则，控制保持在步骤308。在各种实现方案中，控制仅在电压在阈值 以上保持预定时间周期之后才转移到步骤306。例如，控制可以在电压在185V以上保持15 秒之后转移到步骤306。可以基于所测量的关于电网电压的最低值来调整预定时间周期。可替选地，可以 基于在步骤304中测量的电网电压来调整预定时间周期。预定时间周期可以被确定为使得 压缩机在电网电压稳定在足够的水平之前不启动。在步骤306中，对变量PeakCurrent进行初始化。此外，重置标为Timer和Ontime 的两个定时器。Timer用于跟踪各种时间周期，而Ontime是压缩机已运行多久的度量。控 制在步骤310中继续，其中启动压缩机。控制在步骤312中继续，其中PeakCurrent和最后测量的电流值中的最大值被存 储回PeakCurrent中。控制在步骤314中继续，其中控制确定Timer是否已达到200ms。如 果是，则控制转移到步骤316 ；否则，控制返回步骤312。该200ms的值仅被呈现作为示例， 并且对应于其中应实现峰值电机电流的时间长度。在步骤316中，控制确定Timer是否已超过800ms。如果是，则控制转移到步骤 318 ；否则，控制保持在步骤316。800ms的值仅被呈现作为示例，并且对应于其中电机电流 应下降到操作电流阈值以下的时间长度。在步骤318中，将最近测量的电流值与操作电流阈值比较。例如，操作电流阈值可 以被定义为0. 4*PeakCUrrent。如果最近测量的电流值在操作电流阈值以上，则控制转移到 步骤320 ；否则，控制在步骤319中继续。在步骤319中，控制重置Timer和第二定时器(Timer2)，并且控制经由字母A在 图5B的步骤322中继续。在步骤320中，控制关闭压缩机。控制在步骤324中继续，其中 使RotorStalICoimt渐增以反映转子停机事件的检测。控制在步骤326中继续，其中控制 确定RotorStalICount是否大于或等于预定阈值。如果是，则控制转移到步骤328 ；否则， 控制在步骤330中继续。值4仅被呈现作为示例，并且可以反映在察觉系统问题之前转子 停机可能出现的次数。在步骤328中，压缩机被锁定并且控制结束。锁定压缩机可能需要服务呼叫以确 定转子停机事件的原因。这可以根据制造商的安全条例和/或安全策略来实现。在步骤330中，控制等待电机冷却，并且怀着希望等待使转子停机的原因消失。例如，控制可以在尝 试重新启动压缩机之前等待十分钟。控制随后在步骤304中结束。现在参照图5B，在步骤322中控制确定电压的移动平均值是否已降低诸如百分之 20的某个百分数。如果是，则控制转移到步骤350;否则，控制转移到步骤352。在步骤350 中，控制确定电流的移动平均值是否已增加诸如百分之100的某个百分数。如果是，则控制 转移到步骤354 ；否则控制转移到步骤352。在步骤354中，电压的移动平均值已降低百分 之20，并且电流的移动平均值已增加百分之100，并且因此使压缩机关闭。控制在步骤356中继续，其中在压缩机停机时测量的电压被存储到变量 StallVoltage中。此外，停机电压被保存为变量LowVoltage。一旦电流的移动平均值增加 了百分之100，可以记录停机电压。可替选地，可以在某个其他的点处，诸如当电压的移动平 均值已降低百分之20时，记录停机电压。此外，可以在电机电流的屈折点处，诸如图3的点 252，确定停机电压。控制在步骤358中继续，其中实现了 GridStalICount。控制在步骤360中继续， 其中控制确定GridStalICount是否大于或等于预定阈值。如果是，则控制在步骤362中继 续；否则，控制在步骤364中继续。仅作为示例，预定阈值可以是5。该预定阈值可以由公 用事业公司和/或制造商建立。在步骤362中，压缩机被锁定，并且控制结束。可以诸如由公用事业公司来远程重 置GridStallCount，并且控制随后可以在步骤302或304中继续。在步骤364中，控制重置 Timer。控制在步骤366中继续。在步骤366中，控制将LowVoltage和最近测量的电压中 的最小值存储回LowVoltage中。控制在步骤368中继续，其中控制确定最近测量的电压是否在恢复阈值以上。恢 复阈值可以由185V和1. I^StallVoltage中的最大值确定。再一次地，值185V仅是示例， 并且可以对应于使用240V电力的各种实现方案。如果在压缩机启动或者继续停机的情况中StallVoltage接近185V或者在185V 以上，则1. NStallVoltage将大于值185V。因而控制可以等待重新启动压缩机直至电压 已增加到超过StallVoltage百分之十。如果电压增加到恢复电压以上，则控制转移到步骤 370 ；否则，控制返回步骤364。百分之十的值仅作为示例，并且所选择的值可以高于或低于在步骤370中，控制确定等待时间。可以基于LowVoltage来确定等待时间。例如， 等待时间可以与LowVoltage反向相关。可替选地，等待时间可以是预定常数，其可以由公 用事业公司、制造商和/或安装或维修技术人员确定。此外，等待时间可以基于当前电压和 /或任何其他适当的参数。等待时间还可以取决于GridStallCount。例如，等待时间可以随着 GridStallCount诸如线性地或者指数地增加。仅作为示例，可以使用随机延迟来确定等待 时间，其中关于随机延迟的参数取决于上述因素。例如，随机延迟可以选自下限和上限之间 的范围。随着GridStallCount增加，上限可以指数地增加。如果Timer大于等待时间，则 控制经由字母B返回图5A的步骤306。这允许控制尝试重新启动压缩机。如果Timer仍未 达到等待时间，则控制返回步骤366。现在参照步骤352，控制确定最近测量的电流是否大于操作电流阈值。如果是，则控制转移到步骤374;否则，控制转移到步骤376。操作电流阈值可以被定义为0. 4*启动峰 值电流。在步骤374中，控制确定Timer是否大于800ms。如果是，则已检测到停机事件，并 且控制经由字母C转移到图5A的步骤320。否则，控制转移到步骤378。转子停机检测用于在启动时确定转子是否已停机。即使在实现了电网故障检测 时，一旦压缩机运行，转子停机检测也可以是有用的。例如，电机电流的足够慢的增加将不 会触发步骤350的百分之100的增加。因此，步骤374将识别诸如转子停机的更缓变的事 件。在步骤376中，重置Timer并且控制在步骤378中继续。在步骤378中，控制确定 测量的电压是否小于诸如175伏特的预定值。如果是，则控制转移到步骤380 ；否则，控制转 移到步骤382。在步骤380中，控制确定Timer2是否大于诸如400ms的预定时间周期。如 果是，则控制转移到步骤384 ；否则，控制转移到步骤386。换言之，当电压已在阈值以下保持预定时间周期时，控制转移到步骤384。400ms 的示例性的值可以由减少在临时电压下降期间的错误故障检测的出现的值来替换。在步骤 384中，控制关闭压缩机，并且控制经由字母D在图5A的步骤308中继续。在步骤382中， 控制重置Timer2，并且在步骤386中继续。在步骤386中，控制确定OnTime是否大于两个小时。如果是，则控制转移到步骤 388 ；否则，控制返回步骤322。在步骤388中，重置GridStallCount，并且控制返回步骤 322。因此在压缩机保持开机时经过预定时间周期之后重置GridStallCount。仅作为示例， 该预定时间周期在图5B中被示出为两个小时。通过这种方式，GridStallCount可以用于 测量彼此相关并且在时间上未隔开的电网故障。现在参照图6，呈现了根据本公开的原理的示例性压缩机系统的功能框图。压缩机 单元402包括电源404、压缩机406、开关408和控制逻辑410。电源404正常地经由开关 408向压缩机406提供电力。可以由电源404供电的控制逻辑410控制开关408。控制逻辑410可以基于测量 的温度和/或来自加热、通风和空调(HVAC)系统的命令来控制开关408。压缩机单元402 可以在没有监控系统420的情况下安装在适当的位置。监控系统420可以随后被添加到压缩机单元402。开关408和压缩机406之间的 电气连接可以断开，并且电流监控器422和第二开关424可以插入在开关408和压缩机406 之间。监控系统420可以被接地到与压缩机单元402相同的地。电压监控器426监控从公用设施接收到的电网电压。可替选地，电压监控器426 可以监控电源404的输出电压并且可以连接到电流监控器422的端子或者第二开关424的 端子。电流监控器422向移位寄存器430输出电流值。移位寄存器430可以包括多个移位 单元432。这些移位单元432中的每一个可以包括多个触发器，其用于存储数字电流信号的 每个位。数字电流信号可以由位于电流监控器422中的模数转换器产生。存储在移位寄存 器430中的值可以由第一和第二平均模块434和436读取。仅作为示例，移位寄存器430可 以包括八个移位单元432，并且平均模块434和436均可以读取移位单元432中的四个。在 其他实现方案中，移位寄存器430可以包括十六个移位单元432，并且平均模块434和436 均可以读取移位单元432中的八个。
平均模块434和436的输出由比较模块438接收。比较模块438生成传送到与 (AND)门440的输出信号。比较信号可以反映来自平均模块434的最近的平均值是否大于 来自平均模块436的先前的平均值的两倍。与关于电流的实现方案相似，监控系统420可以包括从电压监控器426接收电压 值的第二移位寄存器450，该第二移位寄存器450包括多个移位单元452。平均模块454和 456可以接收移位单元452的值。比较模块458比较来自平均模块454和456的输出值。比较模块458向与门440输出比较信号。仅作为示例，比较模块458可以基于来 自平均模块454的最近的平均值是否比来自平均模块456的先前的平均值小百分之20来 生成比较信号。在各种实现方案中，监控系统420可以省略电压监控器426以及诸如第二 移位寄存器450、平均模块454和456、比较模块458、与门440和最小值检测器468的关联 部件。与门440向控制模块460输出逻辑与运算的结果。控制模块460控制第二开关 424，并且当来自与门440的值有效时可以指令第二开关424使其端子开路。控制模块460 还可以从电流监控器422、电压监控器426、峰值检测器464和最小值检测器468接收值。仅作为示例，峰值检测器464可以测量来自电流监控器422的电流峰值。仅作为 示例，最小值检测器468可以测量来自电压监控器426的最小电压值。控制模块可以存储 和访问计数器模块470中的计数器、定时器模块472中的定时器和非易失存储器474中的 值。此外，非易失性存储器474可以存储用于由控制模块460使用的操作代码和/或 常数。仅作为示例，控制模块460可以根据图5A至5B操作。图6中示出的各种功能块可 以被实现为软件，该软件存储在非易失性存储器474中并且在控制模块460的处理器上执 行。现在参照图7，呈现了压缩机系统的另一示例性实现方案的功能框图。在图7中， 控制逻辑410和开关408之间的电气连接被断开。控制逻辑410的输出被传送到第二与门 504的第一输入。控制模块460的输出被输出到第二与门504的第二输入。第二与门504的输出控制开关408。电流监控器422仍被置于开关408和压缩机 406之间。当控制逻辑410尝试使压缩机406开机并且控制模块460指示使压缩机406开 机是可接受的时，与门504使能开关408。现在参照图8，呈现了示例性集成压缩机系统602的功能框图。集成压缩机系统 602可以由原始设备制造商制造为一个或多个单元。电源404经由开关408向诸如涡旋压 缩机的压缩机604提供电力。功率因数监控器606可以被置于开关408和压缩机604之间。功率因数监控器606可以包括电流监控器608。此外，功率因数监控器606可以包 括用以确定压缩机604的功率因数的其他部件(未示出)。功率因数监控器606基于电流 和来自电压监控器426的电压确定当前功率因数。功率因数监控器606向控制模块620传 送功率因数。电流监控器608向控制模块620传送测量的电流。压缩机604可以由各种传感器监控。例如，质量流量传感器622可以监控正被压 缩机604压缩的气体的质量。振动传感器624可以测量压缩机604的振动。例如，振动传 感器624可以包括加速度计和/或陀螺仪。温度传感器626可以监控压缩机604的温度。 这些监控值可以由控制模块620接收。
控制模块620还可以从电压监控器426、最小值检测器468和峰值检测器464接收 值。控制模块620可以执行来自非易失性存储器640的代码和/或使用来自非易失性存储 器640的值。控制模块620从与门440接收电网停机故障信号，其可以使控制模块620断 开开关408。集成压缩机系统602还可以包括激活逻辑642，其确定何时应激活压缩机604。激 活逻辑642可以基于恒温器和/或HVAC控制器的控制做出激活决定。在各种实现方案中， 控制模块620可以实现激活逻辑642的功能。控制模块620可以使用多种机制来检测电网故障。这些机制可以是冗余的和/或 补充的。各种故障检测机制可以被省略以利于其他故障检测机制。与被省略的机制关联的 传感器和/或功能块也可以被省略。在一个示例性故障检测机制中，与门440指示电压的移动平均值何时改变预定量 以及电流的移动平均值何时也改变预定量。这可以指示电网故障已出现。当来自质量流量传感器622的值降低时控制模块620也可以确定电网故障已出 现。该降低可以按绝对项、相对项和/或改变速率进行测量。当振动传感器624感测到的 振动特性已改变时，控制模块620也可以确定故障已出现。例如，振动基频的改变可以指示 故障正在改变压缩机604的操作。仅作为示例，振动传感器624可以执行快速傅里叶变换 (FFT)并且确定具有最大量值的频率。此外，来自温度传感器626的温度的突然改变和/或温度的导数的改变可以指示 存在故障。此外，功率因数监控器监控的功率因数的迅速改变和/或降低可以指示故障已 出现。在各种实现方案中，当这些输入中的任何输入指示故障已出现时，可以声明故障。此外，当来自电压监控器426的电压的降低超过预定量并且在预定时间周期内 未恢复时，控制模块620可以确定电网故障已出现。仅作为示例，该预定量可以是40%或 50%。该预定时间周期可以是诸如50毫秒的绝对时间，或者可以是诸如三个线路周期的多 个线路周期。可替选地，一旦两个或更多个方法已识别到故障，可以声明故障。此外，时间值可 以与所实现的每个故障检测机制关联。如果各种机制在预定时间周期内检测到故障，则故 障存在的置信度增加。此外，如果在较长的时间周期中感测到明显的故障，则置信度可以增 加。现在参照图9，呈现了示例性集成压缩机系统702的功能框图。控制模块704执行 非易失性存储器706中存储的代码。功率因数监控器708确定功率因数。功率因数监控器 708可以基于来自电流监控器608的电流和来自电压监控器426的电压来确定功率因数。功率因数监控器708向移位寄存器710输出功率因数值。移位寄存器710可以包 括多个移位单元712。当功率因数值是N位二进制数时，移位单元712中的每一个可以包括 N个触发器。移位寄存器710中存储的值由第一和第二平均模块714和716读取。在各种 实现方案中，移位寄存器710可以包括十六个移位单元712。平均模块714和716均可以读 取移位单元712中的八个。平均模块714和716向比较模块720输出平均值。在将每个新值移位到移位寄存 器710中之后，可以更新平均值。因此这些平均值是移动平均值。每当平均值被更新时比 较模块720可以比较这些平均值。比较模块720可以计算如下比例，该比例等于来自第一平均模块716的平均值除以来自第二平均模块714的平均值。当该比例小于预定阈值时，比较模块720可以向控制模块704输出功率因数事件 指示。仅作为示例，预定阈值可以是0.8，其意味着平均值已降低20%。基于功率因数事件 指示，控制模块704可以使开关408断开，由此使压缩机604停机。本领域的技术人员现在可以从以上描述意识到本公开的广泛教导可以通过多种 形式实现。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本公开的真正范围不限于此，在学习附图、 说明书和所附权利要求之后，其他的修改对于本领域的从业人员将是明显的。
权利要求
一种压缩机监控系统包括电流监控器，测量压缩机的电机汲取的电流；电流平均模块，基于所述电流监控器测量的电流生成第一平均电流值和第二平均电流值；电压监控器，测量市电电压；电压平均模块，基于所述电压监控器测量的电压生成第一平均电压值和第二平均电压值；控制模块，当第一比例大于第一预定阈值并且第二比例小于第二预定阈值时，有选择地生成故障信号，其中，所述第一比例基于所述第一平均电流值和第二平均电流值，以及其中，所述第二比例基于所述第一平均电压值和第二平均电压值；以及开关，当所述故障信号被生成时，禁用所述电机。
2.如权利要求1所述的压缩机监控系统，其中，所述第一比例基于所述第二平均电流 值除以所述第一平均电流值，其中，所述第二比例基于所述第二平均电压值除以所述第一 平均电压值，以及其中，所述第二平均电流和电压值是在所述第一平均电流和电压值之后 生成的。
3.如权利要求2所述的压缩机监控系统，其中，所述第一预定阈值约为2，以及其中，所 述第二预定阈值约为0.8。
4.如权利要求1所述的压缩机监控系统，其中，所述电流平均模块通过对来自所述电 流监控器的M个连续的电流值取平均来生成所述第一平均电流值和第二平均电流值中的 每一个，其中，所述电压平均模块通过对来自所述电压监控器的N个连续的电压值取平均 来生成所述第一平均电压值和第二平均电压值中的每一个，其中，M和N是大于1的整数。
5.如权利要求4所述的压缩机监控系统，其中，M和N等于8。
6.如权利要求4所述的压缩机监控系统，其中，来自所述电流监控器的电流值中的每 一个对应于周期性输入电力信号的周期，其中，来自所述电压监控器的电压值中的每一个 对应于所述周期性输入电力信号的所述周期，其中，对于所述第一平均电流和电压值之后 的P个周期生成所述第二平均电流和电压值，以及其中，P等于M和N中的一个。
7.如权利要求1所述的压缩机监控系统，其中，所述控制模块确定操作电流阈值，并且 当来自所述电流监控器的电流值在预定时间长度内保持超过所述操作电流阈值时，生成所 述故障信号。
8.如权利要求7所述的压缩机监控系统，其中，所述控制模块基于峰值启动电流来设 定所述操作电流阈值。
9.如权利要求8所述的压缩机监控系统，其中，所述控制模块基于所述电机启动之后 的启动时间周期期间的电流值中的最大值来确定所述峰值启动电流，其中，所述启动时间 周期约为200ms，以及其中，所述预定时间长度约为800ms。
10.如权利要求9所述的压缩机监控系统，其中，当所述启动时间周期结束时的电流值 超过所述操作电流阈值时，所述控制模块生成所述故障信号。
11.如权利要求8所述的压缩机监控系统，其中，所述控制模块基于所述峰值启动电流 和约0. 4的乘积来确定所述操作电流阈值。
12.如权利要求1所述的压缩机监控系统，进一步包括质量流量传感器，测量所述压缩机中的气体的质量流量并且输出质量流量值，其中，当所述质量流量值的下降超过预定 量时，所述控制模块生成所述故障信号。
13.如权利要求1所述的压缩机监控系统，进一步包括温度传感器，测量所述压缩机 的温度并且输出温度值，其中，当所述温度值的改变速率超过预定速率时，所述控制模块生 成所述故障信号。
14.如权利要求1所述的压缩机监控系统，进一步包括振动传感器，确定所述压缩机 的振动分布，其中，当所述振动分布的改变超过预定量时，所述控制模块生成所述故障信号。
15.如权利要求14所述的压缩机监控系统，其中，所述振动分布包括振动基频。
16.如权利要求1所述的压缩机监控系统，进一步包括功率因数监控模块，确定所述 电机的功率因数并且输出功率因数值，其中，当所述功率因数值的下降超过预定量时，所述 控制模块生成所述故障信号。
17.一种方法包括测量压缩机的电机汲取的电流；基于测量的电流生成第一平均电流值和第二平均电流值；测量市电电压；基于测量的电压生成第一平均电压值和第二平均电压值；基于所述第一平均电流值和第二平均电流值确定第一比例；基于所述第一平均电压值和第二平均电压值确定第二比例；当所述第一比例大于第一预定阈值并且所述第二比例小于第二预定阈值时，有选择地 生成故障信号；以及当所述故障信号被生成时，禁用所述电机。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括基于所述第二平均电流值除以所述第一平均电流值来确定所述第一比例；以及基于所述第二平均电压值除以所述第一平均电压值来确定所述第二比例，其中，所述 第二平均电流和电压值是在所述第一平均电流和电压值之后生成的。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述第一预定阈值约为2，以及其中，所述第二预 定阈值约为0.8。
20.如权利要求17所述的方法，进一步包括通过对M个连续的电流值取平均，生成所述第一平均电流值和第二平均电流值中的每 一个；以及通过对N个连续的电压值取平均，生成所述第一平均电压值和第二平均电压值中的每 一个，其中，M和N是大于1的整数。
21.如权利要求20所述的方法，其中，M和N等于8。
22.如权利要求20所述的方法，其中，所述电流值中的每一个对应于周期性输入电力 信号的周期，其中，所述第一电压值和第二电压值对应于所述周期性输入电力信号的所述 周期，其中，对于所述第一平均电流和电压值之后的P个周期生成所述第二平均电流和电 压值，以及其中，P等于M和N中的一个。
23.如权利要求17所述的方法，进一步包括确定操作电流阈值；以及当来自所述电流监控器的电流值在预定时间长度内保持超过所述操作电流阈值时，生 成所述故障信号。
24.如权利要求23所述的方法，进一步包括基于峰值启动电流来设定所述操作电流 阈值。
25.如权利要求24所述的方法，进一步包括基于所述电机启动之后的启动时间周期 期间的电流值中的最大值来确定所述峰值启动电流，其中，所述启动时间周期约为200ms， 以及其中，所述预定时间长度约为800ms。
26.如权利要求25所述的方法，进一步包括当所述启动时间周期结束时的来自所述 电流监控器的电流值超过所述操作电流阈值时，生成所述故障信号。
27.如权利要求24所述的方法，进一步包括基于所述峰值启动电流和约0.4的乘积 来确定所述操作电流阈值。
28.如权利要求17所述的方法，进一步包括 测量所述压缩机中的气体的质量流量；以及当测量的质量流量的下降超过预定量时，生成所述故障信号。
29.如权利要求17所述的方法，进一步包括 测量所述压缩机的温度；以及当测量的温度的改变速率超过预定速率时，生成所述故障信号。
30.如权利要求17所述的方法，进一步包括 确定所述压缩机的振动分布；以及当所述振动分布的改变超过预定量时，生成所述故障信号。
31.如权利要求30所述的方法，其中，所述振动分布包括振动基频。
32.如权利要求17所述的方法，进一步包括 确定所述电机的功率因数；以及当所述功率因数的下降超过预定量时，生成所述故障信号。
33.一种压缩机监控系统包括电流监控器，测量压缩机的电机汲取的电流； 电压监控器，测量所述电机的电压；功率因数监控器，基于测量的电流和测量的电压来计算所述电机的功率因数并且生成 功率因数值；平均模块，基于所述功率因数值生成第一平均功率因数值并且随后基于所述功率因数 值生成第二平均功率因数值；控制模块，当比例小于预定阈值时，有选择地生成故障信号，其中，所述控制模块基于 所述第二平均功率因数值除以所述第一平均功率因数值来计算所述比例；以及 开关，当所述故障信号被生成时，禁用所述电机。
34.如权利要求33所述的压缩机监控系统，其中，所述预定阈值约为0.8。
35.如权利要求33所述的压缩机监控系统，其中，所述平均模块通过对M个连续的功率 因数值取平均来生成所述第一平均功率因数值和第二平均功率因数值中的每一个，其中，M 是大于1的整数。
36.如权利要求35所述的压缩机监控系统，其中，M等于8。
37.如权利要求35所述的压缩机监控系统，其中，所述功率因数值中的每一个对应于 周期性输入电力信号的周期，以及其中，所述平均模块对于所述第一平均功率因数值之后 的M个周期生成所述第二平均功率因数值。
全文摘要
一种压缩机监控系统包括电流和电压监控器、电流和电压平均模块、控制模块和开关。电流监控器测量压缩机的电机汲取的电流。电流平均模块基于电流监控器测量的电流生成第一和第二平均电流值。电压监控器测量市电电压。电压平均模块基于电压监控器测量的电压生成第一和第二平均电压值。当第一比例大于第一预定阈值并且第二比例小于第二预定阈值时，控制模块有选择地生成故障信号。第一比例基于第一和第二平均电流值。第二比例基于第一和第二平均电压值。当故障信号被生成时，开关禁用电机。
文档编号G01R19/155GK101946185SQ200980105699
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年2月20日
发明者乔治·拉迈亚, 纳加拉杰·贾扬蒂 申请人:艾默生环境优化技术有限公司