本發(fā)明涉及電力電子和電馬達(dá)的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明描述了一種用于校正電力電路中的諧波含量的系統(tǒng)、一種用于控制電馬達(dá)的系統(tǒng)和一種制冷壓縮機(jī)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，各種類型的電馬達(dá)(通常是交流馬達(dá))使用稱為頻率變換器(frequencyinverter)的裝置來控制馬達(dá)，諸如速度控制、啟動(dòng)和其它參數(shù)。

然而，變換器具有非線性的電壓和電流函數(shù)，也就是說，其不遵循直線。非線性元件使其供給源被大量低次諧波污染，由此作用于其供給源，從而使得供給失真并且造成電力質(zhì)量下降和配電網(wǎng)尺寸擴(kuò)大。

由于電流和電壓失真的影響，可能出現(xiàn)設(shè)施的電氣損耗增大和元件(線纜、變壓器、電容器組、馬達(dá)等)過熱，以及功率因數(shù)下降?？紤]到這些情況，在網(wǎng)絡(luò)的輸入處添加電抗元件(諸如電感器)以降低諧波含量。

電力系統(tǒng)可以是任意類型的電馬達(dá)、制冷機(jī)、壓縮機(jī)和/或吸收和消耗功率的其它裝置。特別地，在消耗大量功率的電路中，高的電流流經(jīng)所述電感器。為了甚至在瞬態(tài)下也能維持電感器的電感特性來設(shè)計(jì)該電感器的尺寸，直接影響了電感器鐵芯，并從而影響了電感器的大小。因而，電感器在電路中占用較大的空間，使其昂貴、笨重和/或非常龐大，這經(jīng)常使得設(shè)備在經(jīng)濟(jì)上不可行或者導(dǎo)致了較高的能量消耗。

本發(fā)明提供了這些問題的解決方案。查閱文獻(xiàn)后，發(fā)現(xiàn)沒有文獻(xiàn)預(yù)測或暗示本發(fā)明的教導(dǎo)，因此在發(fā)明人看來，鑒于本技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀，本文所提出的解決方案具有新穎性和創(chuàng)造性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于通過一種用于校正電力系統(tǒng)中的電流的諧波含量的系統(tǒng)來解決本技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀的問題，該系統(tǒng)的特征在于包括電感器，該電感器的大小被設(shè)計(jì)為在最大負(fù)載狀況下以飽和鐵芯工作，從而允許其相對于傳統(tǒng)的電感器具有較小的尺寸、重量和成本。

本發(fā)明的目的之一是一種用于校正電力電路中的電流的諧波含量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括當(dāng)電路在最大負(fù)載工作狀況下工作時(shí)飽和的電感器(l)。

本發(fā)明的另一目的是一種用于控制電馬達(dá)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于校正電流的諧波含量的電路，其具有當(dāng)馬達(dá)在最大負(fù)載處工作時(shí)飽和的電感器(l)。

本發(fā)明的又一目的是一種制冷壓縮機(jī)，其包括用于控制電馬達(dá)的系統(tǒng)，包括用于校正電流的諧波含量的電路，其具有當(dāng)馬達(dá)在最大負(fù)載處工作時(shí)飽和的電感器(l)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員和對本領(lǐng)域感興趣的公司將容易地理解本發(fā)明的這些和其它目的，并且在下面的描述中將充分詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它目的以對其進(jìn)行再現(xiàn)。

附圖說明

為了更好地限定和闡明本專利申請的內(nèi)容，給出以下附圖：

圖1示出了在制冷壓縮機(jī)的降溫循環(huán)(pull-downcycle)期間，電感和流經(jīng)電感器的電流的比較示意圖。

圖2示出了當(dāng)傳統(tǒng)電感器和在飽和區(qū)域內(nèi)工作的本發(fā)明的系統(tǒng)的實(shí)施例的電感器兩者均工作在飽和區(qū)域內(nèi)時(shí)其中的電流的比較示意圖。

圖3示出了本發(fā)明的位于系統(tǒng)中的上游的電感器(l)的實(shí)施例。

圖4示出了本發(fā)明的位于系統(tǒng)中的下游的電感器(l)的第二實(shí)施例。

圖5示出了具體的實(shí)例，其中在電感器設(shè)計(jì)中應(yīng)用了數(shù)學(xué)關(guān)系其中參數(shù)ae指示磁性元件的截面積。

具體實(shí)施方式

在各種應(yīng)用中，連接到電力系統(tǒng)的電馬達(dá)的電流消耗呈現(xiàn)變化，也就是說，所述馬達(dá)使用工作電流，并且在特定時(shí)刻，其需要較多電力，從而對電流的增大有影響。該增大是瞬時(shí)的并且通常呈現(xiàn)短的持續(xù)時(shí)間。

本發(fā)明提供一種用于校正電力系統(tǒng)中的電流的諧波含量的系統(tǒng)，其特征在于包括電感器，該電感器的大小被設(shè)計(jì)為使電感器在最大負(fù)載狀況下以飽和鐵芯工作，從而使其相對于傳統(tǒng)的電感器具有較小的尺寸、重量和成本。

本發(fā)明的目的之一是一種用于校正電力電路中的電流的諧波含量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括當(dāng)電路在最大負(fù)載工作狀況下工作時(shí)飽和的電感器(l)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)包括：

a.整流系統(tǒng)；

b.與用于控制馬達(dá)的至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)電容性濾波器；以及

c.至少一個(gè)電感器(l)，當(dāng)電路在最大負(fù)載工作狀況下工作時(shí)該至少一個(gè)電感器(l)的鐵芯飽和。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換器為頻率變換器。在一個(gè)實(shí)施例中，所述電感器(l)在最大負(fù)載工作狀況期間提供可檢測的電感減小。在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)包括：整流系統(tǒng)(31)；電容性濾波器(32)；被配置為操作電馬達(dá)(34)的頻率變換器(33)；以及電感器(l)。

本發(fā)明的另一目的是一種用于控制電馬達(dá)的系統(tǒng)，其包括用于校正電流的諧波含量的電路，其具有當(dāng)馬達(dá)在最大負(fù)載處工作時(shí)飽和的電感器(l)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述電路包括：

a.整流系統(tǒng)；

b.與用于控制馬達(dá)的至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)電容性濾波器；以及

c.至少一個(gè)電感器(l)，當(dāng)馬達(dá)在最大負(fù)載工作狀況下工作時(shí)該至少一個(gè)電感器(l)的鐵芯飽和。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換器為頻率變換器。在一個(gè)實(shí)施例中，所述電感器(l)在最大負(fù)載工作狀況期間提供可檢測的電感減小。在一個(gè)實(shí)施例中，所述電路包括：整流系統(tǒng)(31)；電容性濾波器(32)；被配置為操作電馬達(dá)(34)的頻率變換器(33)；以及電感器(l)。

本發(fā)明的又一目的是一種制冷壓縮機(jī)，其包括用于控制電馬達(dá)的系統(tǒng)，其包括用于校正電流的諧波含量的電路，其具有當(dāng)馬達(dá)在最大負(fù)載處工作時(shí)飽和的電感器(l)。

在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)具有可變的容量。在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)具有電感器(l)，該電感器(l)在壓縮機(jī)的降溫循環(huán)(10)期間飽和工作。在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)在最大負(fù)載處工作時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度高于未使用飽和電感器時(shí)獲得的旋轉(zhuǎn)速度。

本發(fā)明的系統(tǒng)可應(yīng)用于各種電力系統(tǒng)，諸如電馬達(dá)(包括制冷壓縮機(jī)馬達(dá))。

例如，用于制冷壓縮機(jī)的電馬達(dá)經(jīng)歷兩個(gè)循環(huán)：降溫循環(huán)(10)和工況(regime)循環(huán)(11)或正常工作循環(huán)。降溫循環(huán)(10)在于根據(jù)期望溫度降低制冷機(jī)的溫度，這發(fā)生在制冷機(jī)首次啟動(dòng)的時(shí)候或者制冷機(jī)已經(jīng)關(guān)斷長時(shí)間的時(shí)候。因此，降溫循環(huán)(10)在制冷機(jī)的工作期間不會(huì)發(fā)生。然而，該循環(huán)需要高功率和強(qiáng)電流，這通常意味著要增大電感器的尺寸以用于校正電流的諧波含量。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中給出以下實(shí)例，僅為促進(jìn)對本發(fā)明的創(chuàng)造性構(gòu)思的理解，而不應(yīng)被解釋為對本發(fā)明的范圍的限制。

實(shí)例1-用于校正制冷壓縮機(jī)中的電力電路中的電流的諧波含量的系統(tǒng)。

本發(fā)明提供一種用于校正電力電路中的諧波含量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括作為電抗元件的電感器(l)。所述電感器的鐵芯被設(shè)置為小的尺寸，但是符合最大負(fù)載狀況下控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)換器對最大電流的需求，其中在該實(shí)施例中該轉(zhuǎn)換器為頻率變換器。在該實(shí)施例中，最大負(fù)載狀況為降溫(10)的最大負(fù)載狀況，其中還出現(xiàn)馬達(dá)工作最大溫度。在該實(shí)施例中，電感器的鐵芯的大小被設(shè)計(jì)為在具有可變?nèi)萘康膲嚎s機(jī)的降溫循環(huán)(10)期間在飽和區(qū)域內(nèi)工作。

如圖1中可見，在馬達(dá)電流高的時(shí)間，即，在降溫循環(huán)(10)期間，電感器在鐵芯飽和的情況下工作，從而呈現(xiàn)低電感。因而，在具有可變?nèi)萘康膲嚎s機(jī)的電流返回工況狀態(tài)(11)的時(shí)刻，即，在正常工作情況下，電感器(l)工作在其正常狀態(tài)。

要知道，在降溫循環(huán)(10)期間，所述系統(tǒng)的電感器(l)的鐵芯在飽和區(qū)域內(nèi)工作，其不需要增大尺寸。因而，本發(fā)明的系統(tǒng)包括其鐵芯在降溫循環(huán)(10)期間飽和工作的電感器(l)，從而提供了大小、成本和重量減小的電感器。

基于等式設(shè)計(jì)本發(fā)明的電感器(l)的大小，其中，根據(jù)圖5的實(shí)例，l對應(yīng)于以亨利表示的電感(h)；b對應(yīng)于以韋伯每平方米(wb/m²)表示的磁通密度；ae對應(yīng)于以平方米(m²)表示的磁性元件的截面積；并且i對應(yīng)于電感器中流動(dòng)的電流。

參數(shù)b取決于與電感器中使用的鐵芯材料相關(guān)的量(諸如磁導(dǎo)率)，其中傳統(tǒng)的電感器必須以防止b的值在鐵芯的飽和區(qū)域內(nèi)工作的方式構(gòu)建，因?yàn)楫?dāng)其發(fā)生時(shí)，b的值開始下降，因此造成以亨利[h]表示的電感值下降。為了避免該現(xiàn)象發(fā)生，增大參數(shù)ae，這導(dǎo)致電感器的尺寸也增大。

本發(fā)明還提供了一種用于控制電馬達(dá)的系統(tǒng)，其減少了由非線性元件導(dǎo)致的諧波含量。該系統(tǒng)由對交流電壓源(30)發(fā)出的信號進(jìn)行整流的電路或系統(tǒng)(31)構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括電容性濾波器(32)，頻率變換器(33)和電感器(l)，以這種方式向電馬達(dá)(34)給電。

在一個(gè)實(shí)施例中，電容性濾波器與頻率變換器(33)相關(guān)聯(lián)，頻率變換器(33)進(jìn)而被配置為操作所述電馬達(dá)(34)，電馬達(dá)(34)是具有可變?nèi)萘康膲嚎s機(jī)的系統(tǒng)的組成部分。

系統(tǒng)的電感器(l)的大小被設(shè)計(jì)為在壓縮機(jī)的降溫循環(huán)(10)期間在飽和區(qū)域內(nèi)工作，電感器(l)的尺寸設(shè)計(jì)如上所述。因而，在降溫循環(huán)(10)期間，由于出現(xiàn)電流增大，電感器(l)的電感減小。

實(shí)例3-用于控制裝備有諧波含量降低電路的電馬達(dá)的系統(tǒng)，其中電感器位于上游。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，將電感器(l)插入電馬達(dá)控制電路(34)中，其中一個(gè)端子連接至電源(30)，并且另一個(gè)端子連接至整流系統(tǒng)(31)。

實(shí)例4-用于控制裝備有諧波含量降低電路的電馬達(dá)的系統(tǒng)，其中電感器位于下游。

在另一實(shí)施例中，如圖4所示，將電感器(l)插入，其中一個(gè)端子連接至頻率變換器(33)和電容性濾波器(32)，并且另一個(gè)端子連接至頻率變換器(33)。電感器(l)連接至用于控制電馬達(dá)(34)的系統(tǒng)的形式很多，不限于所提出的兩個(gè)實(shí)施例。

實(shí)例5-具有諧波含量降低電路的壓縮機(jī)。

在一個(gè)實(shí)施例中，制冷壓縮機(jī)具有可變的容量，并且包括由本發(fā)明的用于校正諧波含量的系統(tǒng)控制的電馬達(dá)。在該實(shí)施例中，鑒于在例如安裝了具有可變?nèi)萘康膲嚎s機(jī)的制冷機(jī)的降溫循環(huán)(10)期間壓縮機(jī)的工作狀況，控制電路的尺寸和重量減小。

除了對于具有可變?nèi)萘康膲嚎s機(jī)使用該電感器所得到的其他優(yōu)點(diǎn)之外，值得強(qiáng)調(diào)的是，最大負(fù)載處的壓縮機(jī)的容量(旋轉(zhuǎn))增大，這是因?yàn)殡S著電感器飽和，電感器的電感減小并且對于壓縮機(jī)的可用電壓降的影響變小。本發(fā)明在最大負(fù)載工作狀況期間提供了可檢測到的電感減小。在最大負(fù)載處的旋轉(zhuǎn)速度大于未使用飽和電感器時(shí)獲得的旋轉(zhuǎn)速度。

裝備有用于控制諧波含量的系統(tǒng)的壓縮機(jī)還增大了可用電壓，這是因?yàn)殡姼衅髟谧畲筘?fù)載工作狀況下飽和工作，該高達(dá)10％的增大依賴于電感器的飽和以及電感器的值。

在利用用于制冷機(jī)的具有可變?nèi)萘康膲嚎s機(jī)進(jìn)行的試驗(yàn)中，由于飽和電感器的工作，可用電壓的有益增大為1.6％。這反映于馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的相同比率的增大。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本文所呈現(xiàn)的知識，并且可復(fù)現(xiàn)所給出的實(shí)施例中的發(fā)明和落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的其他實(shí)施例中的發(fā)明。