变频驱动过电压保护的制作方法
【专利说明】变频驱动过电压保护
【背景技术】
[0001] 变频电机驱动提供许多潜在的优点，包括用于增强效率、控制和性能的机会。其还 提出许多设计挑战，包括需要针对可导致灾难性失效的过电压条件而保护功率电子电路和 部件。已经进行了各种尝试以解决这些顾虑，包括在电源供应与驱动前端之间提供线路电 抗器、熔丝和/或断路器、在驱动中使用金属氧化物变阻器、缓冲电路和/或超大DC总线电 容器以及使用基于晶体管的开关或基于有源晶体管的电压钳位或电路。虽然这些方法提供 了一些益处，但是它们均存在限制和缺点。这些缺点对于诸如用于如冷却器系统之类的加 热、通风、空调或制冷（HVACR)系统的压缩机驱动之类的高负载驱动应用而言可能是特别关 心的。对于在本文中公开的独特且创造性的变频驱动过电压保护、装置、方法仍存在显著的 需要。
[0002] 公开 出于清楚、简明且精确地描述本发明的示例性实施例、完成和使用该示例性实施例的 方式和过程以及为了使得能够实现该示例性实施例的实施、完成和使用，现在将对某些示 例性实施例进行参考，包括附图中所示的那些，并且将使用具体语言来对其进行描述。应认 识到的是，并不因而产生对本发明的范围的限制，并且本发明包括且保护本发明相关领域 的技术人员将想到的示例性实施例的此类变更、修改以及进一步的应用。
【发明内容】
[0003] 公开了变频驱动过电压保护的独特装置、方法和系统。在示例性实施例中，提供了 包括整流器、与整流器电耦合的DC总线、与DC总线电耦合的逆变器的变频电机驱动系统。 提供了与整流器电耦合且被配置成基于故障条件而中断供应至系统的功率的保护器件。提 供了一种控制器且其被配置成接收指示DC总线的电压的信息、处理接收到的信息以对变 频电机驱动的至少一个部件的条件进行建模，并且如果建模条件满足故障准则，则控制保 护器件中断到变频电机驱动的电源供应。根据以下描述和附图，更多实施例、形式、目标、特 征、优点、方面以及益处将变得显而易见。
【附图说明】
[0004] 图1是示例性HVACR系统的示意图。
[0005] 图2是示例性变频电机驱动系统的示意图。
[0006] 图3是图示出示例性诊断和控制过程的流程图。
[0007] 图4是图示出示例性并联跳闸函数的特性的图表。
[0008] 图5是图示出与附加驱动特性曲线组合的示例性并联跳闸函数的特性的图表。
【具体实施方式】
[0009] 参考图1，图示出示例性HVACR系统100,其包括包含压缩机110、冷凝器120和蒸 发器130的制冷剂回路。制冷剂在闭合回路中通过系统100从压缩机110流动至冷凝器 120至蒸发器130并返回压缩机110。各种实施例还可包括附加的制冷剂回路元件，包括例 如用于控制制冷剂流动的阀、制冷剂过滤器、节热器、油分离器和/或冷却部件以及各系统 部件中间的流动路径。
[0010] 压缩机Iio由驱动单元150驱动，包括由变频驱动155驱动的永磁电机170。在所 示实施例中，变频驱动155被配置成输出三相PffM驱动信号，并且电机170是表面磁体永磁 电机。还可设想其它类型和配置的变速驱动或变频驱动以及诸如内部磁体永磁电机和感应 电机之类的其它类型电机的使用。
[0011] 冷凝器120被配置成从接收自压缩机110的被压缩的制冷剂传递热量。在所示实 施例中，冷凝器120是水冷式冷凝器，其在进口 121处接收冷却水，将热量从制冷剂传递至 冷却水，并在出口 122处输出冷却水。还可设想，可利用其它类型的冷凝器，例如气冷式冷 凝器或蒸发式冷凝器。还应认识到的是，除非另外限制，本文对水的引用包括包含附加成分 的水溶液。
[0012] 蒸发器130被配置成从冷凝器120接收制冷剂，使接收的制冷剂膨胀以降低其温 度，并将热量从冷却介质传递至制冷剂。在所示实施例中，蒸发器130被配置为水冷却器， 其接收提供到进口 131的水，将热量从水传递至制冷剂，并在出口 132处输出被冷却的水。 设想可使用许多特定类型的蒸发器和冷却器系统，其中包括干膨胀式蒸发器、满液式蒸发 器、裸管蒸发器、板表面蒸发器以及翅片式蒸发器。
[0013] HVACR系统100还包括控制器160,其向变频驱动155输出控制信号，以控制电机 170和压缩机110的操作。控制器160还接收关于驱动单元150的操作的信息。在示例性 实施例中，控制器160接收关于电机电流、电机端子电压和/或电机的其它操作特性的信息 以及DC总线电压信息，如下文进一步所述。应认识到的是，可使用硬件、软件、固件及其各 种组合来实现本文所述的控制、控制例程和控制模块，并且其可利用存储在一个或多个非 瞬时计算机可读介质中的可执行指令。还应理解的是，控制器160能够以各种形式被提供 且可包括许多硬件和软件模块及部件。
[0014] 参考图2,图示出用于示例性变速电机驱动系统200的电路图。系统200被连接到 电源210,诸如公用电网或向保护器件220提供AC功率的备用发电机。保护器件220可以 是并联跳闸断路器、接触器或其它类型的器件，其被配置成基于接收的控制信号将电源210 从下行线路部件电断开。保护器件220通常向线路滤波器230提供三相电功率，但是可被 控制以在接收到命令或控制信号时中断电源供应。保护器件220具有当被提供跳闸信号 或命令时在指定时间段内将供电电压从组件断开的能力，优选地在一个封闭的功率循环 (blind power circle)内。选择包括变速驱动组件的部件(包括下面更详细地描述的整流 器、电容器、MOV以及逆变器）以便用被施加裕度的正常供应电压来维持正常操作，并且控制 保护器件220以使操作局限在该裕度内。
[0015] 线路滤波器230包括电抗器，其被配置成提供谐波阻尼，以缓解可能由从驱动部 件到电源210的谐波反馈引起的损耗。线路滤波器230输出三相AC功率到整流器290,其 将AC功率转换成DC功率，并且向DC链路285提供DC功率。在所示实施例中，整流器290 被配置为6脉冲二极管电桥，然而，应理解的是可利用12脉冲、18脉冲、24脉冲或30脉冲整 流器连同相移变压器，其为12脉冲、18脉冲、24脉冲或30脉冲操作提供适当的相移输入， 并且可利用其它类型的整流器或AC/DC转换器，诸如包括有源部件的那些。
[0016] DC链路285包括金属氧化物变阻器（M0V)286和电容器287。MOV 286被配置成对 DC总线电压进行钳位，并且通过取决于失效点将由提高的电压产生的电流远离其它系统部 件进行分流来提供针对过度瞬态电压的保护。在其它实施例中，在DC链路285中可包括不 同的部件，其也用于限制电压，例如快速瞬态器件、半导体器件、基于二极管的钳位装置或 其它类型的电压钳位装置。电容器287被配置成使整流器280的输出平滑化，并缓解来自 逆变器开关的谐波反馈。在所示实施例中，电容器287是与电解电容器相比具有相对低的 电容的薄膜电容器。其它实施例可利用具有较高电容的电容器，诸如电解电容器。DC链路 285的输出端被耦合到逆变器290的输入端。
[0017] 逆变器290包括被连接到DC链路285的正线和负线的开关。在所示实施例中，逆 变器290的开关被配置为基于IGBT和二极管的开关，但是也可利用其它类型的功率电子开 关部件，诸如功率MOSFET或其它电开关器件。控制逆变器290向电机270的端子27U272 和273输出脉宽调制（PffM)电压信号。
[0018] 电机270包括定子、转子以及转子与定子之间的间隙。电机端子27U272和273 被连接到在定子271中提供的绕组。在示例性实施例中，电机是包括在转子的表面上或内 部提供的多个永久磁体的永磁电机。
[0019] 系统200还包括控制电路240,其包括基于微处理器的数字信号处理器（DSP) 241 和栅极驱动模块242以及提供内部和外部通信能力的其它部件。DSP 241被配置成接收指 示期望系统操作的控制命令，处