具有控制和診斷模塊的壓縮機(jī)的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年9月23日提交的美國(guó)實(shí)用新型申請(qǐng)第14/033,604號(hào)的優(yōu) 先權(quán)以及于2012年9月25日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/705,373號(hào)的權(quán)益。以上申請(qǐng)的 全部公開內(nèi)容通過(guò)引用合并于本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開涉及壓縮機(jī)，并且更具體地涉及用于具有運(yùn)轉(zhuǎn)電容器的壓縮機(jī)的控制和診 斷的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 該部分中的陳述僅提供與本公開有關(guān)的背景信息并且可以不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
[0005] 在各種工業(yè)和住宅應(yīng)用中使用壓縮機(jī)來(lái)使制冷裝置、熱泵、暖通空調(diào)（HAVC)或者 冷卻系統(tǒng)（統(tǒng)稱為"制冷系統(tǒng)"）內(nèi)的制冷劑循環(huán)以提供期望的加熱或冷卻效果。壓縮機(jī)可 以包括電機(jī)，以提供轉(zhuǎn)矩來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)壓縮蒸氣制冷劑。電機(jī)可以由交流（AC)電源或直流 (DC)電源供電。在AC電源的情況下，單相或多相AC可以被輸送至電機(jī)的繞組。
[0006] 對(duì)于單相電源，制冷系統(tǒng)可以包括運(yùn)轉(zhuǎn)電容器，該運(yùn)轉(zhuǎn)電容器用于最初存儲(chǔ)功率 并且向壓縮機(jī)供應(yīng)功率。然而，運(yùn)轉(zhuǎn)電容器可能隨著電容退化或電容完全損失（即，開路狀 態(tài)）而出現(xiàn)故障。例如，在使用一段時(shí)間之后由于老化或過(guò)熱，而可能發(fā)生電容退化或電容 完全損失。電容退化的運(yùn)轉(zhuǎn)電容器可以使壓縮機(jī)運(yùn)行在期望的容量和/或效率性能標(biāo)準(zhǔn)之 下。具有零電容的運(yùn)轉(zhuǎn)電容器可以使用于壓縮機(jī)的啟動(dòng)電路成為開路，這可以導(dǎo)致例如在 電機(jī)起動(dòng)之后不久對(duì)應(yīng)的電機(jī)保護(hù)器電路的鎖定轉(zhuǎn)子跳閘。在這樣的情況下，電機(jī)可能不 向壓縮機(jī)提供足夠的扭矩來(lái)旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致不產(chǎn)生冷卻并且導(dǎo)致制冷系統(tǒng)的操作和使用中 斷。因此，期望被設(shè)計(jì)成預(yù)測(cè)運(yùn)轉(zhuǎn)電容器故障比如電容退化或電容完全損失的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：電源，所述電源生成交流功率以用于對(duì)具有電容器 的壓縮機(jī)供電；電壓傳感器，所述電壓傳感器基于所述交流功率來(lái)測(cè)量多個(gè)電壓值；電流 傳感器，所述電流傳感器基于所述交流功率來(lái)測(cè)量多個(gè)電流值；以及控制器?？刂破髋c電壓 傳感器和電流傳感器進(jìn)行通信，并且基于多個(gè)電壓值中的至少一個(gè)電壓值和多個(gè)電流值中 的至少一個(gè)電流值來(lái)確定功率因數(shù)值?？刂破鬟€基于功率因數(shù)和所述多個(gè)電流值中的至少 一個(gè)電流值來(lái)確定電容器的故障。
[0008] 提供了一種方法，該方法包括：用電源生成交流功率以用于對(duì)具有電容器的壓縮 機(jī)供電；用電壓傳感器、基于交流功率來(lái)測(cè)量多個(gè)電壓值；以及用電流傳感器、基于交流功 率來(lái)測(cè)量多個(gè)電流值。該方法還包括：用與電壓傳感器和電流傳感器進(jìn)行通信的控制器、基 于多個(gè)電壓值中的至少一個(gè)電壓值和多個(gè)電流值中的至少一個(gè)電流值來(lái)確定功率因數(shù)值； 用控制器、基于功率因數(shù)和多個(gè)電流值中的至少一個(gè)電流值來(lái)確定電容器的故障；以及將 電容器的故障從控制器傳送至用戶、服務(wù)人員、系統(tǒng)控制器、遠(yuǎn)程服務(wù)器、恒溫器、移動(dòng)設(shè)備 以及電子郵件地址中的至少一個(gè)。
[0009] 根據(jù)在本文中提供的描述，另外的適用領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。應(yīng)當(dāng)理解，描述和具體示 例意在僅用于說(shuō)明的目的，而并非意在限制本公開的范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 在本文中描述的附圖僅用于說(shuō)明的目的，而并非意在以任何方式限制本公開的范 圍。
[0011] 圖1是制冷系統(tǒng)的示意圖。
[0012] 圖2是制冷系統(tǒng)的框圖。
[0013] 圖2a是壓縮機(jī)電機(jī)的示意圖。
[0014] 圖3是具有運(yùn)轉(zhuǎn)電容器故障確定系統(tǒng)的控制器的框圖。
[0015] 圖4是示出了運(yùn)轉(zhuǎn)電容器故障事件的曲線圖。
[0016] 圖5是根據(jù)本公開的控制算法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 參照?qǐng)D1，示例性制冷系統(tǒng)10可以包括壓縮機(jī)12。壓縮機(jī)12可以為往復(fù)式壓縮 機(jī)、渦輪式壓縮機(jī)或者其他類型的壓縮機(jī)。壓縮機(jī)12可以配備有電機(jī)來(lái)壓縮被輸送至冷凝 器16的制冷劑蒸氣，其中制冷劑蒸氣在高壓下被液化，從而將熱量排向外部空氣。冷凝器 16可以包括由電機(jī)18驅(qū)動(dòng)的冷凝器風(fēng)扇17,其中該電機(jī)18使空氣穿過(guò)冷凝器16的旋管 循環(huán)。從冷凝器16出去的液體制冷劑被輸送至蒸發(fā)器20。由于熱空氣移動(dòng)穿過(guò)蒸發(fā)器，所 以液體變成氣體，從而從空氣去除熱量并且冷卻制冷空間。這種低壓氣體被輸送至壓縮機(jī) 12并且再次被壓縮為高壓氣體以再次啟動(dòng)制冷循環(huán)。雖然在圖1中制冷系統(tǒng)10被示出為 具有一個(gè)壓縮機(jī)12、冷凝器16以及蒸發(fā)器20,然而該制冷系統(tǒng)10可以被配置有任何數(shù)目 的壓縮機(jī)12、冷凝器18、蒸發(fā)器20或者其他制冷系統(tǒng)部件。
[0018] 壓縮機(jī)12可以配備有控制器24。如在本文所描述的，控制器24可以監(jiān)視被輸送 至壓縮機(jī)12和電機(jī)18的電功率，該電機(jī)18驅(qū)動(dòng)具有一個(gè)或更多個(gè)電壓傳感器和一個(gè)或更 多個(gè)電流傳感器的冷凝器風(fēng)扇17?；陔S著時(shí)間推移的電功率測(cè)量值，比如電流（I)和電 壓（V)，控制器24可以確定并且監(jiān)視壓縮機(jī)12的電機(jī)隨著時(shí)間推移的視在功率、實(shí)際功率、 功率消耗以及功率因數(shù)計(jì)算值。
[0019] 控制器24可以基于電流⑴測(cè)量值和電壓（V)測(cè)量值并且基于從其他壓縮機(jī)或 制冷系統(tǒng)傳感器接收的其他壓縮機(jī)和制冷系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)視并且控制壓縮機(jī)12的操作。
[0020] 控制器24可以基于從一個(gè)或更多個(gè)電壓傳感器和一個(gè)或更多個(gè)電流傳感器接收 的數(shù)據(jù)來(lái)激活或停用壓縮機(jī)12。例如，控制器24可以基于過(guò)大的電流或電壓狀況、不足的 電流或電壓狀況、電流或電壓不平衡狀況或者相位損失或電流延遲狀況（如果使用多相電 源）來(lái)停用壓縮機(jī)12。
[0021] 控制器24可以被使用并且被配置成控制制冷系統(tǒng)10的整體操作?？刂破?4可以 監(jiān)視制冷系統(tǒng)操作狀況，比如冷凝器溫度和壓力、和蒸發(fā)器溫度和壓力、以及環(huán)境狀況比如 環(huán)境溫度，以確定制冷系統(tǒng)負(fù)載和需求。例如，控制器24可以從壓縮機(jī)排出溫度傳感器50 接收壓縮機(jī)排出溫度值?？商娲?，可以使用壓縮機(jī)排出壓力傳感器。另外，控制器24可以 從位于冷凝器16處的冷凝器溫度傳感器51接收冷凝器溫度值。可替代地，可以使用冷凝器 壓力傳感器。此外，制冷系統(tǒng)10可以包括一起工作來(lái)控制制冷系統(tǒng)的多個(gè)控制器。例如，控 制器24可以為位于室外單元處的室外單元控制器，其中該室外單元包括壓縮機(jī)12、冷凝器 16和具有電機(jī)18的冷凝器風(fēng)扇17。在這樣的情況下，控制器24可以與例如室內(nèi)單元控制 器和/或室內(nèi)恒溫器進(jìn)行通信，該室內(nèi)單元控制器和/或室內(nèi)恒溫器可以監(jiān)視室內(nèi)狀況比 如室內(nèi)溫度，并且向控制器24傳送激活或停用命令或者容量需求指令?？刂破?4可以接 收命令或指令，并且基于所接收的命令或指令來(lái)適當(dāng)?shù)乜刂剖彝鈫卧牟考?，即壓縮機(jī)12 和具有電機(jī)18的冷凝器風(fēng)扇17。控制器24可以基于操作狀況來(lái)調(diào)整設(shè)置點(diǎn)以使制冷系統(tǒng) 10的效率最大化，或者可以接收來(lái)自室內(nèi)單元控制器或室內(nèi)恒溫器的適當(dāng)?shù)闹噶顏?lái)調(diào)整設(shè) 置點(diǎn)以使效率最大化?？刂破?4還可以監(jiān)視制冷系統(tǒng)10的室內(nèi)單元的供應(yīng)空氣的溫度和 返回空氣的溫度。可替代地，室內(nèi)單元控制器或室內(nèi)恒溫器可以監(jiān)視室內(nèi)單元的供應(yīng)空氣 的溫度和返回空氣的溫度并且可以將這樣的數(shù)據(jù)傳送至控制器24?？刂破?4可以基于如 下所述的電功率測(cè)量值和計(jì)算值來(lái)評(píng)估效率。
[0022] 參照?qǐng)D2,制冷系統(tǒng)10的框圖被示出在HVAC應(yīng)用中。例如，制冷系統(tǒng)10可以安 裝在HVAC應(yīng)用中，其中，室內(nèi)單元104包括蒸發(fā)器20 (圖1)和空氣處理器單元，并且室內(nèi) 單元104位于建筑物比如辦公室、零售商店或家中，并且其中，室外單元包括壓縮機(jī)12、冷 凝器16以及具有電機(jī)18的冷凝器風(fēng)扇17。制冷系統(tǒng)10包括交流（AC)電源120,該交流 (AC)電源120向壓縮機(jī)12的電機(jī)148并且向用于驅(qū)動(dòng)冷凝器風(fēng)扇17的電機(jī)18供應(yīng)電功 率。室內(nèi)單元104通過(guò)管道系統(tǒng)供應(yīng)被調(diào)節(jié)的空氣（供應(yīng)空氣）。空氣通過(guò)該管道系統(tǒng)并 且返回（返回空氣）至室內(nèi)單元104。室內(nèi)單元104包括供應(yīng)空氣溫度傳感器124和返回 空氣溫度傳感器128。供應(yīng)空氣溫度傳感器124感測(cè)由室內(nèi)單元104供應(yīng)的供應(yīng)空氣溫度 并且將該供應(yīng)空氣溫度傳送至控制器24。類似地，返回空氣溫度傳感器128監(jiān)視返回到室 內(nèi)單元104的返回空氣溫度并且將該返回空氣溫度傳送至控制器24。如以上所討論的，供 應(yīng)空氣溫度傳感器124和返回空氣溫度傳感器128還可以將供應(yīng)空氣溫度和返回空氣溫度 數(shù)據(jù)傳送至室內(nèi)單元控制器和/或室內(nèi)恒溫器，該室內(nèi)單元控制器和/或室內(nèi)恒溫器又可 以將供應(yīng)空氣溫度和返回空氣溫度數(shù)據(jù)傳送至控制器24。
[0023] 電源120經(jīng)由電氣端子Ll和L2被電耦接至壓縮機(jī)12和冷凝器風(fēng)扇17。這樣，電 源120向壓縮機(jī)12的電機(jī)148和冷凝器風(fēng)扇17的電機(jī)18供應(yīng)功率。壓縮機(jī)12還可以被 電耦接至運(yùn)轉(zhuǎn)電容器132和接觸器開關(guān)136。運(yùn)轉(zhuǎn)電容器132被布置在電源120與壓縮機(jī) 12之間。該運(yùn)轉(zhuǎn)電容器132在制冷系統(tǒng)10被通電時(shí)存儲(chǔ)由電源120供應(yīng)的功率。當(dāng)制冷 系統(tǒng)10被通電時(shí)，接觸器開關(guān)136被控制器24電氣地或機(jī)械地閉合以使電流流動(dòng)至壓縮 機(jī)12。當(dāng)接觸器開關(guān)136閉合時(shí)，功率被供應(yīng)到冷凝器風(fēng)扇17并且被供應(yīng)到運(yùn)轉(zhuǎn)電容器 132。運(yùn)轉(zhuǎn)電容器132存儲(chǔ)由電源120供應(yīng)的功率，運(yùn)轉(zhuǎn)電容器132然后通過(guò)向壓縮機(jī)12 供應(yīng)所存儲(chǔ)的功率來(lái)向壓縮機(jī)12提供初始功率。
[0024] 現(xiàn)在參照?qǐng)D2a，示出了壓縮機(jī)電機(jī)148的