用于减小异步电动马达的涌浪电流的方法和实施这个方法的压缩机系统与流程

本公开实施例涉及由异步电动马达驱动的压缩机单元的运行，并且更一般地，涉及一种用于减小异步电动马达的涌浪电流的方法。本发明还涉及一种适于实施这个方法的压缩机系统。

背景技术：

压缩机系统，诸如家用或工业空调系统的冷却器，包括由一个或几个电动马达（诸如异步马达）驱动的压缩机。这些电动马达用三相电流供电，所述三相电流由电力源通过电力输送网输送。

通常，当异步电动马达启动时，给马达供电所需的电流以比满载电流(fullloadamperage)高几倍的幅度大幅上升，所述满载电流即一旦马达以满载在最大速度下运行所需的电流。

这个所谓的涌浪电流的缺点是，必须根据涌浪电流的预期值设计电力输送网，这增加了固定基础设施的成本和复杂性。例如，电力输送网必须包括具有高于标称运行模式所需的额定值的保险丝、变压器和断路器。

而且，在一些情况下，公用事业可以对从用于给定尺寸安装的公用配电网可能产生的最大涌浪电流的值强加限制。

为了减轻这个缺点，已知使用起动器电路在星形模式与三角形模式之间切换马达的绕组的连接模式。然而，对于一些应用，减小涌浪电流可能并不总是足够的。

解决这个问题的其他可能的已知解决方案可以包括减小电动马达的尺寸或向每个马达添加变频驱动器，以精确地控制馈送到这个马达的输入电流。这样，可以减小涌浪电流。然而，这种解决方案增加了压缩机单元的成本和复杂性，因此不令人满意。此外，在最大速度下的电动发动机的效率可以被显著减小。

技术实现要素：

因此，本公开实施例的目的是提供一种用于控制压缩机系统的异步电动马达的设备和方法，其中，涌浪电流减小，这些方法和设备有成本效益并且简单实施。

为此，本公开实施例涉及一种用于控制压缩机系统的异步电动马达的方法，这个方法包括：

-将压缩机系统的电容器组与压缩机系统的第一电动马达并联地连接，这个连接包括通过运行连接到内部电力总线的电容器组的开关单元，将电容器组的电容器连接到第一马达的定子的绕组；

-通过从内部电力总线向第一马达的绕组提供输入电流来起动第一异步电动马达；

-一旦所述马达已经起动，断开电容器组与所述电动马达的连接，这个断开连接包括断开所述电容器与马达的绕组的连接。

这些实施例的优点是，通过在马达的起动阶段期间将电容器组与马达的绕组并联地连接，由于马达引起的（主要是由于绕组的感性电抗引起的）无功功率的涌动由电容器组的容性电抗补偿。产生的电动发动机的视在功率减小，并且由马达产生的涌浪电流也对应减小。而且，通过仅在起动阶段期间连接电容器组，涌浪电流减小，而不会一旦起动阶段结束，对在标称运行工况中的马达的运行产生不利影响。

根据有利方面，实施例可以包括一个或多个以下可选特征，单独考虑或根据所有可能的技术组合考虑：

-电容器组的连接与起动第一马达同时完成。

-在起动第一马达之前完成电容器组的连接。

-电容器组的连接与起动第一马达之间的时间延迟小于或等于500ms。

-起动第一马达包括使用连接到第一马达的起动器电路，将第一马达的定子的绕组的连接模式切换到星形模式中。

-电容器组的连接包括与第一电动马达的起动器电路同时控制开关单元。

-在电动马达起动后的预定时间延迟期满之后，自动完成电容器组的断开连接。

-所述方法进一步包括：

-将电容器组与压缩机系统的第二电动马达并联地连接，这个连接包括通过运行连接到内部电力总线的电容器组的开关单元，将这个电容器组的电容器连接到第二电动马达的绕组；

-通过从内部电力总线向第二电动马达的定子的绕组提供输入电流来起动第二异步电动马达；

-一旦所述马达已经起动，断开电容器组与所述第二电动马达的连接，这个断开连接包括断开所述电容器与第二马达的绕组的连接。

-第二马达相似于第一马达或与第一马达相同，其中，将电容器组与第二马达并联地连接包括连接与用于第一马达的电容器组相同的电容器组的电容器。

根据另一方面，本公开实施例涉及一种压缩机系统，其包括至少一个电动马达和电容器组，其中，所述压缩机系统适于：

-将压缩机系统的电容器组与压缩机系统的第一电动马达并联地连接，这个连接包括通过运行连接到内部电力总线的电容器组的开关单元，将电容器组的电容器连接到第一马达的定子的绕组；

-通过从内部电力总线向第一马达的绕组提供输入电流来起动第一异步电动马达；

-一旦所述马达已经起动，断开电容器组与所述电动马达的连接，这个断开连接包括断开所述电容器与马达的绕组的连接。

附图说明

在阅读仅仅作为示例提供并参考附图作出的以下描述时，将更好地理解本公开实施例和其他特征，其中：

-图1是包括至少一个电动马达的压缩机系统的简化图；

-图2是示出根据现有技术，在起动阶段期间，与图1的压缩机系统相似的压缩机系统的电动马达相关联的有功功率和无功功率的图表；

-图3是示出根据本公开实施例的一些实施例，在起动阶段期间，与图1的压缩机系统的电动马达相关联的有功功率和无功功率的图表；

-图4是根据本公开实施例的一些实施例，用于运行图1的压缩机系统的方法的流程图；

-图5是示出作为时间函数的由图1的压缩机系统的电动马达消耗的电流的演变的图表。

具体实施方式

图1示出了示例性压缩机系统10，诸如用于空调设备的冷却器。

压缩机系统10意味着由三相电力供电，例如，一组三个ac输入电流。为此，压缩机单元10包括内部电力总线12，其由三个电导体（诸如电线或母线）制成，每个电导体与三相电流的一个相位相关联。

压缩机单元10还包括控制电路14，其功能在下文中更详细地描述。

内部电力总线12连接到外部配电网20，诸如由适于输送三相电力的电力源22（例如，发电机）供电的公用事业电网。

例如，内部电力总线12以三相电力供电，所述三相电力具有相位之间等于400伏的电压和等于50hz的频率。这些值可以是不同的。例如，在一些实施例中，两相位之间的电压等于460伏，频率等于60hz。

在图1上，参考符号“24”表示配电网20的电导体与电力总线12的电导体之间的连接点。

可选地，电力总线12可以包括未示出的电力调理电路，其过滤从配电网20接收的三相电流，以保护压缩机系统10免受不需要的电力涌动和/或电磁干扰。

在这个实施例中，压缩机系统10进一步包括第一压缩机30和第二压缩机40。

第一压缩机30包括机械地耦合到第一机械负载34的第一电动马达32，并且还包括第一电力开关36或接触器以及第一起动器电路38，其功能在下文中描述。

在这个示例中，第一压缩机30用于压缩流体，诸如制冷剂，作为实施蒸汽压缩制冷循环的空调设备的部分。例如，这个流体被压缩，然后在专用冷却回路（未示出）中循环，流向热交换器，以冷却目标，诸如房间或一件装置。

电动马达32是异步马达，意味着由从电力总线12接收的三相交流电流供电。电动马达32包括未示出的定子和转子。转子可相对于定子绕旋转轴线旋转移动。

定子包括三个电磁体或绕组，当它们由三相ac电流供电时，这些电磁体或绕组适于产生旋转磁场。每个绕组与电流的一个相位相关联。

转子包括与产生的旋转磁场相互作用的磁性元件，以驱动转子绕旋转轴线旋转。例如，转子是所谓的鼠笼式转子。转子驱动机械地耦合到负载34的输出轴。

在这个实施例中，压缩机30是旋转螺杆压缩机。负载34包括两个对应形状的啮合螺旋螺杆，它们借助于适当的机械耦合由输出轴旋转驱动。压缩机30还包括未示出的可控滑动进气阀，其用于调节第一马达32与第一负载34之间的耦合。为了说明目的，在所描述的实施例中，滑动阀保持在固定位置中，以便维持马达32上的最大负载。

在其他实施例中，可能改为使用其他压缩机架构。

第一马达32借助于第一电力开关36，并且在这个实施例中，还借助于第一起动器电路38，选择性地连接到内部电力总线12或断开与内部电力总线12的连接。例如，第一电力开关36和起动器电路38借助于专用于每个电相位的三个电导体在内部总线12与马达32的绕组之间串联电连接，马达32的每个绕组连接到总线12的单个相位。

第一电力开关36是可在打开与关闭位置之间选择性地换向的可控开关。这个换向由控制电路14，例如，借助于电信号或通过机械手段，例如，使用致动器或机械连杆运行。因此，控制电路14连接到第一电力开关36。

在这个示例中，第一电力开关36被称为“常开”，即，它默认处于打开状态，这意味着没有电流可能从内部总线12流向马达32，直到另外命令电力开关36。

例如，电力开关36是机电开关、或机械开关或功率晶体管，诸如绝缘栅门双极晶体管。

这样，第一马达32可能由控制电路14起动。

当起动时，马达32适于首先经历所谓的斜升阶段或起动阶段，其中转子的旋转速度逐渐朝标称值增加。然后，马达32适于经历所谓的标称阶段，在此期间它在标称速度下运转。

第一起动器电路38与第一马达32的绕组相关联，以选择性地在所谓的三角形模式与星形模式（也称为“y形模式”）之间改变绕组的连接模式。优选地，这个起动器单元38在马达32的启动阶段期间用作减小涌浪电流的手段。

三角形模式与星形模式之间的选择是从控制电路14运行的，例如，借助于电信号或通过机械手段，例如，使用致动器或机械连杆。

然而，在一些实施例中，可能省略第一起动器电路38。在这种情况下，第一马达32的绕组以预定的模式（诸如星形模式或三角形模式）永久连接，并且直接连接到第一电力开关36。

第二压缩机40包括机械地耦合到第二负载44的第二电动马达42，并且还包括第二电力开关46和第二起动器单元48。

第二电动马达42和第二负载44分别相似于第一马达32和第一负载34。与第一电力开关36和第一起动器电路38相比，上述内容应用于第二电力开关46和第二起动器电路48。压缩机40的运行相似于压缩机30的运行。第二马达42适于经由第二电力开关46与第一马达32并联地连接到电力总线12。

在其他实施例中，压缩机的数量可以是不同的。例如，压缩机系统10可以包括单个压缩机或多于两个的压缩机，所述压缩机类似于压缩机30或40。

压缩机系统10进一步包括电容器组50，所述电容器组包括例如以三角形模式连接在一起的三个电容器52、54和56。

电容器组50包括与马达32和/或42并联的开关单元60，所述开关单元适于将一个或几个电容器52、54和56选择性地连接到电力总线12或与其断开连接。

开关单元60包括第一开关62、第二开关64和第三开关66。在这个示例中，电容器52和54在它们的端子之一处连接到第一开关62，电容器52和56在它们的端子之一处连接到第二开关64，并且电容器54和56在它们的端子之一处连接到第三开关66。每个开关62、64和66连接到内部电力总线12的不同相位。

在这个实施例中，开关单元60由控制电路14运行。例如，开关62、64和66是可命令开关，并且适于在接收从控制电路14发出的适当信号时在它们的相应位置之间换向。

在这个示例性实施例中，压缩机系统10还包括附加电容器组50'，所述附加电容器组与电容器组50并联地连接到总线12。这个附加电容器组50’相似于电容器组50，并且其相似于电容器组50的组件的组件具有相同的数字参考符号，附加有如下的基本符号：“‘”，并且鉴于以上描述可能转移到这些组件，不再进行详细描述。不同之处在于，在一些实施例中，电容器52’、54’和56’可以具有与电容器52、54和56不同的电容值。

在一些实施例中，可以省略这个附加电容器组50’。例如，如果马达32和42相似或相同和/或具有相似的额定值并驱动相似的负载，则可能使用单个电容器组50。

控制电路14配置为以便在所述马达起动之前或在这个马达起动的同时，与马达32或42中的任何一个并联地将电容器组50连接到内部电力总线12，并且一旦这个马达已经起动并在标称运行模式中运行，断开电容器组50的连接。例如，控制电路14包括可编程电子逻辑单元，诸如微控制器，并且还包括存储器单元。控制电路14还可以包括计时器单元，所述计时器单元包括适于倒计时预定时间延迟的时钟。

在存在附加电容器组50’的实施例中，控制电路14还配置为以便以相似方式连接这个附加电容器组50’。

如在图2和图3上所示，通过在电路10之内提供电抗，所述电抗至少部分地补偿由马达的起动引起的视在功率中的涌动，电容器组50的这个选择性连接允许减小由马达32、42在它们的瞬态起动阶段期间产生的涌浪电流。

在图2上示出了图表70，其显示了当不使用电容器组50时，在启动下的瞬态阶段期间，马达32的视在功率。x轴对应以瓦特表示的有功功率p，y轴对应以var表示的感性无功功率q。

矢量72示出了马达32在其启动阶段期间的有功功率分量。矢量74示出了马达32的无功功率分量，其主要是由马达32的绕组的感性电抗引起的。矢量76示出了马达32的总视在功率，其是有功功率分量和无功功率分量的矢量和。

在图3上示出了图表80，其显示了根据本公开实施例，当使用电容器组50时，在启动下的瞬态阶段期间，马达32的视在功率。x轴对应以瓦特表示的有功功率p，y轴对应以var表示的无功功率q。

矢量82和84相似于图表70的矢量72和74。矢量86示出了当电容器组由于开关单元60而与马达32连接时与电容器组50相关联的容性无功功率。这个无功功率与马达32的无功功率相对并部分地补偿马达32的无功功率。结果，由矢量88示出的总视在功率小于在没有电容器组50的情况下的矢量76的无功功率。因此，减小了在斜升阶段期间由马达32产生的涌浪电流。

现在参考图4的流程图描述用于控制压缩机单元10的运行的示例性方法。

这里参考第一压缩机30来描述这个运行，但是应该理解，经适当修改后它可以应用于压缩机40或相似于压缩机30或40的压缩机单元10的任何附加压缩机。

最初，内部总线12由配电网20供电，并且电力开关36处于打开状态中。马达32和42都停止。电容器组50处于断开连接状态中，其中开关单元60的开关62、64和66处于它们打开状态中。负载34完全耦合到马达32。

在第一步骤100期间，电容器组50与马达32并联连接。例如，首先向控制电路14发送起动命令，以开始压缩机30的起动顺序。作为响应，控制电路14向开关单元60发送信号，以关闭开关62、64和66，以便在马达32起动时或马达32起动之前连接电容器组50。

然后，在步骤102中，第一马达32起动。例如，控制电路14发送信号，以关闭电力开关36。然后，电流从内部电力总线12流入通向马达32的绕组的电导体中。可选地，开关36的打开可以在固定的时间延迟之后发生。

在一些实施例中，在马达32的起动阶段期间，起动器电路38被切换为将绕组连接到星形模式中。在不使用起动器电路38的实施例中，不管其绕组的实际连接模式如何，都起动马达32。

在一些实施例中，在起动马达32的同时执行连接电容器组50的步骤100。例如，由于起动器电路38与开关单元60之间的耦合，在起动器电路38被切换为将绕组连接到星形模式中的同时发生这个连接。

在其他实施例中，在起动第一马达32之前执行电容器组50的连接，即，它预期起动第一马达32。例如，连接电容器组50与起动第一马达32之间的时间延迟小于或等于500毫秒（ms），并且优选地，包括在100毫秒与300毫秒之间。

这具有的优点是，视在功率的涌动可能在很少或没有延迟的情况下由电容器组50补偿。因此，涌浪电流的减小更有效。

在这个实施例中，这个定时由控制电路14实施，使得仅在命令连接电容器组50之后，发送起动马达32的信号。在其他实施例中，这个定时可以由起动器电路38实施。例如，开关36包括定时单元，并且适于仅在预定的时间量之后在接收命令信号时关闭。

一旦马达32起动，其速度逐渐上升，直到达到全运行速度。由马达12产生的电流上升，直到达到最大值。然而，由于电容器组50，涌浪电流的最大值（例如，相对于满载电流）小于已知的压缩机系统中的值。

在步骤104处，如果发现斜升阶段结束并且马达32在全速下运转，则在随后的步骤108处，断开电容器组50的连接。例如，控制电路14发送信号，以命令打开开关62、64和66。这个决定例如由控制电路14通过在内部电力总线12上测量由马达32产生的电流的值来执行。

在步骤110处，马达运转在标称速度下同时驱动满载34。

然而，如果在步骤104处，没有发现斜升阶段结束并且马达32没有正确起动，则在步骤106期间，马达32停止并且电容器组50断开连接。然后可以重新起动马达32。可以由控制电路14发出警报。

这些步骤100到110可以应用于一旦马达32已经起动并且在标称速度下运转，起动第二马达42。

在这个实施例中，第二马达42与第一马达32不同。例如，其具有不同的电流额定值。因此，由于这个马达在起动时引起的视在功率的变化可以与第一马达32的视在功率的变化不同，因此仅由电容器组50未必能足够地补偿。

在这种情况下，控制电路14可以编程为连接附加电容器组50’而不是电容器组50。例如，开关单元60’的开关62’、64’和66’关闭，以连接电容器52’、54’和56’。在其他实施例中，电容器组50和50’可以连接在一起。在还有其他实施例中，压缩机系统10可以包括一个或几个类似于电容器组50和/或附加电容器组50’并且适于连接到总线12的其他电容器组。

然而，如前面解释的，在一些实施例中，可能省略附加电容器组50’。例如，如果马达32和42相同和/或具有相似的额定值，则可能使用单个电容器组50，因为它将为马达32和42中的每一个提供足够的补偿。因此，使压缩机系统10更简单。

例如，图5描绘了表示从总线12上由马达32和42产生的电流i的值（以安培为单位）作为时间t的函数的图表90。

在这个图表90上，曲线92对应仅由第一马达32产生的电流，并且曲线93对应由马达32和42累积地产生的总电流。曲线91对应电容器组50的连接状态，并且在指示断开连接状态的零值与指示连接状态的非零值之间振荡。在这个示例中，电容器组50的连接与马达32同时发生。然而，在其他实施例中，如以上解释的，这个连接可以更早发生。

箭头94示出了第一马达32起动的时刻。结果，输入电流上升。电容器组50立即连接。

在这个示例中，马达32具有629a的最大额定值。在没有电容器组的情况下，涌浪电流将达到600a的值。然而，由于电容器组50，涌浪电流达到仅510a的最大值，对应于涌浪电流上的15%减小。

箭头95指示电容器组50从马达32断开连接的时刻。在斜升阶段之后，电流稳定在标称值，这里等于450安培。

箭头96指示第二马达42起动的时刻。然后，马达42的电流消耗遵循与参考马达32描述的相似的模式。

因为，在这个示例中，马达42与马达32相同，并驱动与负载34相同的负载44，涌浪电流值与前面的相同，即，510安培而不是600安培。这个电流值加上由在这个时期仍然运转的马达32产生的电流，使总电流值达到960安培。

然后，由第二马达42产生的电流在瞬态起动阶段一结束时立即减小，而同时由第一马达32产生的电流保持稳定。如由箭头97指出的，电容器组断开连接。在这个点处产生的总电流等于900安培。

因此，这个方法提供了在马达32和/或42起动时减小涌浪电流的相对简单和廉价的方式。这个方法可能在现有的压缩机系统10中实施，而不需要使用变频驱动器。

上述实施例和替代实施例可以相互组合，以产生本发明的新实施例。