电力电路谐波量校正系统、电马达控制系统和制冷压缩机的制作方法

本发明涉及电力电子和电马达的领域。更具体地，本发明描述了一种用于校正电力电路中的谐波含量的系统、一种用于控制电马达的系统和一种制冷压缩机。

背景技术：

当前，各种类型的电马达(通常是交流马达)使用称为频率变换器(frequencyinverter)的装置来控制马达，诸如速度控制、启动和其它参数。

然而，变换器具有非线性的电压和电流函数，也就是说，其不遵循直线。非线性元件使其供给源被大量低次谐波污染，由此作用于其供给源，从而使得供给失真并且造成电力质量下降和配电网尺寸扩大。

由于电流和电压失真的影响，可能出现设施的电气损耗增大和元件(线缆、变压器、电容器组、马达等)过热，以及功率因数下降。考虑到这些情况，在网络的输入处添加电抗元件(诸如电感器)以降低谐波含量。

电力系统可以是任意类型的电马达、制冷机、压缩机和/或吸收和消耗功率的其它装置。特别地，在消耗大量功率的电路中，高的电流流经所述电感器。为了甚至在瞬态下也能维持电感器的电感特性来设计该电感器的尺寸，直接影响了电感器铁芯，并从而影响了电感器的大小。因而，电感器在电路中占用较大的空间，使其昂贵、笨重和/或非常庞大，这经常使得设备在经济上不可行或者导致了较高的能量消耗。

本发明提供了这些问题的解决方案。查阅文献后，发现没有文献预测或暗示本发明的教导，因此在发明人看来，鉴于本技术领域的现状，本文所提出的解决方案具有新颖性和创造性。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过一种用于校正电力系统中的电流的谐波含量的系统来解决本技术领域的现状的问题，该系统的特征在于包括电感器，该电感器的大小被设计为在最大负载状况下以饱和铁芯工作，从而允许其相对于传统的电感器具有较小的尺寸、重量和成本。

本发明的目的之一是一种用于校正电力电路中的电流的谐波含量的系统，该系统包括当电路在最大负载工作状况下工作时饱和的电感器(l)。

本发明的另一目的是一种用于控制电马达的系统，该系统包括用于校正电流的谐波含量的电路，其具有当马达在最大负载处工作时饱和的电感器(l)。

本发明的又一目的是一种制冷压缩机，其包括用于控制电马达的系统，包括用于校正电流的谐波含量的电路，其具有当马达在最大负载处工作时饱和的电感器(l)。

本领域技术人员和对本领域感兴趣的公司将容易地理解本发明的这些和其它目的，并且在下面的描述中将充分详细地描述本发明的这些和其它目的以对其进行再现。

附图说明

为了更好地限定和阐明本专利申请的内容，给出以下附图：

图1示出了在制冷压缩机的降温循环(pull-downcycle)期间，电感和流经电感器的电流的比较示意图。

图2示出了当传统电感器和在饱和区域内工作的本发明的系统的实施例的电感器两者均工作在饱和区域内时其中的电流的比较示意图。

图3示出了本发明的位于系统中的上游的电感器(l)的实施例。

图4示出了本发明的位于系统中的下游的电感器(l)的第二实施例。

图5示出了具体的实例，其中在电感器设计中应用了数学关系其中参数ae指示磁性元件的截面积。

具体实施方式

在各种应用中，连接到电力系统的电马达的电流消耗呈现变化，也就是说，所述马达使用工作电流，并且在特定时刻，其需要较多电力，从而对电流的增大有影响。该增大是瞬时的并且通常呈现短的持续时间。

本发明提供一种用于校正电力系统中的电流的谐波含量的系统，其特征在于包括电感器，该电感器的大小被设计为使电感器在最大负载状况下以饱和铁芯工作，从而使其相对于传统的电感器具有较小的尺寸、重量和成本。

本发明的目的之一是一种用于校正电力电路中的电流的谐波含量的系统，该系统包括当电路在最大负载工作状况下工作时饱和的电感器(l)。

在一个实施例中，所述系统包括：

a.整流系统；

b.与用于控制马达的至少一个转换器相关联的至少一个电容性滤波器；以及

c.至少一个电感器(l)，当电路在最大负载工作状况下工作时该至少一个电感器(l)的铁芯饱和。

在一个实施例中，所述转换器为频率变换器。在一个实施例中，所述电感器(l)在最大负载工作状况期间提供可检测的电感减小。在一个实施例中，所述系统包括：整流系统(31)；电容性滤波器(32)；被配置为操作电马达(34)的频率变换器(33)；以及电感器(l)。

本发明的另一目的是一种用于控制电马达的系统，其包括用于校正电流的谐波含量的电路，其具有当马达在最大负载处工作时饱和的电感器(l)。

在一个实施例中，所述电路包括：

a.整流系统；

b.与用于控制马达的至少一个转换器相关联的至少一个电容性滤波器；以及

c.至少一个电感器(l)，当马达在最大负载工作状况下工作时该至少一个电感器(l)的铁芯饱和。

在一个实施例中，所述转换器为频率变换器。在一个实施例中，所述电感器(l)在最大负载工作状况期间提供可检测的电感减小。在一个实施例中，所述电路包括：整流系统(31)；电容性滤波器(32)；被配置为操作电马达(34)的频率变换器(33)；以及电感器(l)。

本发明的又一目的是一种制冷压缩机，其包括用于控制电马达的系统，其包括用于校正电流的谐波含量的电路，其具有当马达在最大负载处工作时饱和的电感器(l)。

在一个实施例中，压缩机具有可变的容量。在一个实施例中，压缩机具有电感器(l)，该电感器(l)在压缩机的降温循环(10)期间饱和工作。在一个实施例中，压缩机在最大负载处工作时的旋转速度高于未使用饱和电感器时获得的旋转速度。

本发明的系统可应用于各种电力系统，诸如电马达(包括制冷压缩机马达)。

例如，用于制冷压缩机的电马达经历两个循环：降温循环(10)和工况(regime)循环(11)或正常工作循环。降温循环(10)在于根据期望温度降低制冷机的温度，这发生在制冷机首次启动的时候或者制冷机已经关断长时间的时候。因此，降温循环(10)在制冷机的工作期间不会发生。然而，该循环需要高功率和强电流，这通常意味着要增大电感器的尺寸以用于校正电流的谐波含量。

在本发明的一些实施例中给出以下实例，仅为促进对本发明的创造性构思的理解，而不应被解释为对本发明的范围的限制。

实例1-用于校正制冷压缩机中的电力电路中的电流的谐波含量的系统。

本发明提供一种用于校正电力电路中的谐波含量的系统，该系统包括作为电抗元件的电感器(l)。所述电感器的铁芯被设置为小的尺寸，但是符合最大负载状况下控制马达的转换器对最大电流的需求，其中在该实施例中该转换器为频率变换器。在该实施例中，最大负载状况为降温(10)的最大负载状况，其中还出现马达工作最大温度。在该实施例中，电感器的铁芯的大小被设计为在具有可变容量的压缩机的降温循环(10)期间在饱和区域内工作。

如图1中可见，在马达电流高的时间，即，在降温循环(10)期间，电感器在铁芯饱和的情况下工作，从而呈现低电感。因而，在具有可变容量的压缩机的电流返回工况状态(11)的时刻，即，在正常工作情况下，电感器(l)工作在其正常状态。

要知道，在降温循环(10)期间，所述系统的电感器(l)的铁芯在饱和区域内工作，其不需要增大尺寸。因而，本发明的系统包括其铁芯在降温循环(10)期间饱和工作的电感器(l)，从而提供了大小、成本和重量减小的电感器。

基于等式设计本发明的电感器(l)的大小，其中，根据图5的实例，l对应于以亨利表示的电感(h)；b对应于以韦伯每平方米(wb/m²)表示的磁通密度；ae对应于以平方米(m²)表示的磁性元件的截面积；并且i对应于电感器中流动的电流。

参数b取决于与电感器中使用的铁芯材料相关的量(诸如磁导率)，其中传统的电感器必须以防止b的值在铁芯的饱和区域内工作的方式构建，因为当其发生时，b的值开始下降，因此造成以亨利[h]表示的电感值下降。为了避免该现象发生，增大参数ae，这导致电感器的尺寸也增大。

本发明还提供了一种用于控制电马达的系统，其减少了由非线性元件导致的谐波含量。该系统由对交流电压源(30)发出的信号进行整流的电路或系统(31)构成。在一个实施例中，该系统还包括电容性滤波器(32)，频率变换器(33)和电感器(l)，以这种方式向电马达(34)给电。

在一个实施例中，电容性滤波器与频率变换器(33)相关联，频率变换器(33)进而被配置为操作所述电马达(34)，电马达(34)是具有可变容量的压缩机的系统的组成部分。

系统的电感器(l)的大小被设计为在压缩机的降温循环(10)期间在饱和区域内工作，电感器(l)的尺寸设计如上所述。因而，在降温循环(10)期间，由于出现电流增大，电感器(l)的电感减小。

实例3-用于控制装备有谐波含量降低电路的电马达的系统，其中电感器位于上游。

在一个实施例中，如图3所示，将电感器(l)插入电马达控制电路(34)中，其中一个端子连接至电源(30)，并且另一个端子连接至整流系统(31)。

实例4-用于控制装备有谐波含量降低电路的电马达的系统，其中电感器位于下游。

在另一实施例中，如图4所示，将电感器(l)插入，其中一个端子连接至频率变换器(33)和电容性滤波器(32)，并且另一个端子连接至频率变换器(33)。电感器(l)连接至用于控制电马达(34)的系统的形式很多，不限于所提出的两个实施例。

实例5-具有谐波含量降低电路的压缩机。

在一个实施例中，制冷压缩机具有可变的容量，并且包括由本发明的用于校正谐波含量的系统控制的电马达。在该实施例中，鉴于在例如安装了具有可变容量的压缩机的制冷机的降温循环(10)期间压缩机的工作状况，控制电路的尺寸和重量减小。

除了对于具有可变容量的压缩机使用该电感器所得到的其他优点之外，值得强调的是，最大负载处的压缩机的容量(旋转)增大，这是因为随着电感器饱和，电感器的电感减小并且对于压缩机的可用电压降的影响变小。本发明在最大负载工作状况期间提供了可检测到的电感减小。在最大负载处的旋转速度大于未使用饱和电感器时获得的旋转速度。

装备有用于控制谐波含量的系统的压缩机还增大了可用电压，这是因为电感器在最大负载工作状况下饱和工作，该高达10％的增大依赖于电感器的饱和以及电感器的值。

在利用用于制冷机的具有可变容量的压缩机进行的试验中，由于饱和电感器的工作，可用电压的有益增大为1.6％。这反映于马达旋转的相同比率的增大。

本领域技术人员将理解本文所呈现的知识，并且可复现所给出的实施例中的发明和落入所附权利要求范围内的其他实施例中的发明。