制冷机的变频器驱动控制器

技术领域

本发明涉及制冷机及其控制器和驱动器领域。特别地，本发明涉及一种用于制冷机的变频器驱动控制器，例如具有三相电源。

特别地，根据本发明的控制器具有比传统控制器更安全和紧凑的结构，并且不需要与控制器串联安装熔断器，以防止由于DC总线故障引起的对于控制器本身或连接到其的其他部件的短路损坏。

背景技术

用于制冷单元的变频器驱动控制器包括电容器单元，电容器单元被设计为平滑DC总线的电压纹波。

这种电容器单元包括一个或多个电容器，其可以是电解电容器。

在制冷设备中，紧凑性是一个关键问题，因此特别期望将紧凑性与高电容相结合的电解电容器。

但是，如果发生故障(例如，引起电容器的短路)，电容器可能爆炸并引起火花或火灾，或损坏附近的其他部件。

这在制冷机中尤其危险，因为最常见的制冷剂(例如R32、R290、R600)是易燃的。

此外，电解电容器包含腐蚀性物质，在电容器故障的情况下，应防止这些物质扩散或泄漏，以防止损坏电容器本身或其PCB以及附近的部件(都是电子和结构金属部件)。

鉴于上述情况，可以使用金属外壳来封闭电容器或驱动控制器本身，从而在发生故障的情况下可以抑制爆炸，并可以防止附近的易燃部件着火。

然而，这种传统解决方案导致驱动控制器变得笨重，因此在需要紧凑性的情况下不能采用。

此外，在通常串联提供几个电容器以在期望的DC电压下工作的情况下，其中一个电容器的故障会在其他电容器上引起电压过载，从而也对幸存的电容器造成故障的风险。

如今，在用于三相制冷机的驱动控制器领域，对于确保发生故障时的安全性非常急需。

为满足此需求，SITOR安全熔断器可与控制器电源的连接端子串联安装。

如果出现电流尖刺，SITOR熔断器中断对控制器的电力供应，从而保护电容器免受电压冲击和随之可能发生的爆炸的伤害。

然而，这种解决方案的缺点是需要其中必须并入控制器的制冷机的制造商投入与提供这些安全熔断器有关的生产成本，这增加了单个控制器的成本。

此外，由于必须将安全熔断器的尺寸添加到控制器的尺寸，这种解决方案是笨重的，因此无法实现紧凑的配置。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服上述缺点，并提供一种用于制冷机的安全且紧凑的控制器。

本发明的目的是提供一种变频器驱动控制器，其不需要与其串联设置熔断器以确保其安全操作。

在此目的的框架中，本发明的目的是提供一种变频器驱动控制器，与设置有串联熔断器的传统控制器相比，保证了相同的操作安全性。

本发明的另一个目的是提供一种控制器，允许设置有这种控制器的压缩机比设置有传统控制器的压缩机更紧凑。

本发明的另一个目的是提供一种结构简单且易于制造且成本降低的控制器。

本发明的另一目的是提供一种用于制冷机的变频器驱动控制器，其允许降低制冷机的制造成本。

此外，本发明的进一步目的是提供一种用于制冷机的变频器驱动控制器，其允许用于制冷机的更简单的结构布局并减少其制造时间。

申请人进行的研究表明，通过实现用于制冷机的变频器驱动控制器，可能是三相变频器驱动控制器，可以实现此目的以及下面将变得显而易见的这些目的和其他目的，变频器驱动控制器具有配备有电容器单元的DC总线，电容器单元包括与电容器单元本身或电容器单元的电容器直接串联连接的至少一个快速熔断器。

根据本发明的变频器驱动控制器允许在电容器单元发生短路故障的情况下，实现对控制器的有效安全保护，同时确保紧凑的布局。

附图说明

-图1示出了根据本发明的变频器驱动控制器的简化方案。

-图2示出了相对于具有三电平拓扑的AC/DC转换器的图1的变频器驱动控制器的详细说明；

-图3示出了图2的详细说明的细节；

-图4示出了图3的细节的替代方案，用于具有两电平拓扑的AC/DC转换器；

-图5a至图5e示出了图3的三电平拓扑AC/DC转换器的可能拓扑。

具体实施方式

通过非限制性示例在附图中示出的根据本公开的用于制冷机的变频器驱动控制器10包括具有DC总线111和以并联配置连接到DC总线111电容器单元112的AC/DC转换器11。

电容器单元112可以被配置为在确保合适的寿命的同时平滑来自DC总线111的可能的电压纹波。

电容器单元112可以被配置为保证寿命或至少50000个工作小时以及优选地至少100000个工作小时。

DC总线111使Vdc电压可用。

电容器单元112可以包括以与DC总线111并联配置提供的电容器元件112a、112b。

因此，将Vdc电压施加到电容器元件112a、112b，电容器元件112a、112b被配置为承受Vdc电压。

电容器单元112还可以包括至少一个快速熔断器112c、112d，与电容器元件112a、112b串联地直接连接。

根据本公开的一方面，在快速熔断器112c、112d与相应的电容器元件112a、112b之间没有其他部件，使得快速熔断器112c、112d与相应的电容器元件112a、112b直接连接。

换句话说，快速熔断器112c、112d以这样的方式连接到电容器元件112a、112b：在实体的电流/电压浪涌的情况下(这可能导致电容器元件112a、112b故障或可能源自于电容器元件112a、112b发生故障)，快速熔断器112c、112d熔化，从而立即中断电路。

电容器元件112a、112b可包括以并联配置相互连接的数个电容器，总体上由附图标记113标识。

电容器113可以是电解电容器。

换句话说，根据本公开，电容器元件112a、112b可包括电解电容器或由电解电容器组成。

快速熔断器112c、112d被配置为以适合于在电流浪涌的情况下防止与之直接连接的电容器元件112a、112b爆炸或损坏的速度操作。

在本公开中，对于快速熔断器112c、112d，优选地是指熔断值不大于400A

特别地，根据本发明的快速熔断器的熔断值可以在250A

包括在270A

AC/DC转换器11可具有操作阶段11a，操作阶段11a具有三电平输出的拓扑，用于使得在DC总线111处可获得第一操作电压Vdc1和第二操作电压Vdc2，其中第一操作电压Vdc1和第二个操作电压Vdc2的总和构成Vdc电压。

作为非限制性示例，AC/DC转换器11可以具有维也纳拓扑，如图2所示。

电容器单元112可以包括彼此串联连接的第一电容器单元112a和第二电容器单元112b。

DC总线111和电容器单元112可以被配置并且相互连接，使得第一操作电压Vdc1被应用到第一电容器元件112a、112b，并且第二操作电压Vdc2被应用到第二电容器元件112a、112b。

DC总线111可以具有第一连接器元件12、第二连接器元件13和第三连接器元件14，其中，第一操作电压Vdc1被限定在第一连接器元件12和第二连接器元件13之间。

可以在第二连接器元件13和第三连接器元件14之间限定第二操作电压Vdc2。

在第一连接器元件12和第二连接器元件13之间可以以串联配置的方式连接第一电容器元件112a和第一快速熔断器112c。

在第二连接器元件13和第三连接器元件14之间，可以以串联配置的方式连接第二电容器元件112b和第二快速熔断器112d，使得第一快速熔断器112c和第二快速熔断器112d中的每个分别保护第一和第二电容器元件112a、112b。

操作阶段11a可以具有选自以下的三电平输出的拓扑：

-A型维也纳整流器拓扑，如图5a所示；

-B型维也纳整流器拓扑，如图5b所示；

-A型三电平有源NPC变频器拓扑，如图5c所示；

-B型三电平MNPC变频器拓扑，如图5d所示；

-三电平PFC拓扑，如图5e所示。

AC/DC转换器11可以被配置为使得第一操作电压Vdc1和第二操作电压Vdc2具有介于300V和400V之间的值，并且它们可以具有相等的值。

AC/DC转换器11可以被配置为对与其连接的负载进行功率因数校正(powerfactor correction，PFC)。

根据本公开的变频器驱动控制器10可以包括变频器阶段15和/或EMI滤波阶段16。

变频器阶段15可以通过电容器单元112连接至AC/DC转换器11的DC总线111，并且适于被连接至制冷机的压缩机的电动马达17，以便将输出电压Vout提供给电动马达17，从而以变速操作电动马达17。

EMI滤波阶段16被配置为过滤电磁干扰。

根据本公开的可能的实施例，AC/DC转换器11可以具有两电平拓扑而不是上述三电平拓扑的操作阶段。

在两电平拓扑的情况下，AC/DC转换器11的DC总线111可以设置有上连接器12a和下连接器14a，在上连接器12a和下连接器14a之间限定两电平电压。

电容器元件112e可以包括电容器118的多个对18，其中每个对18的电容器118处于相互并联配置，并且多个对18以串联配置进行组织，例如，如图4所示。

例如，在紧凑性至关重要的本公开的实施例中，电容器118可以是电解电容器。

电容器元件112e具有相对的两端，一端连接到上连接器12a或下连接器14a，并且另一端以串联配置连接到至少一个快速熔断器112f，至少一个快速熔断器112f又分别连接到下连接器14a或上连接器12a。

例如，在需要大约800V的DC总线111电压的情况下，电容器元件112e可以由电容器118的两个串联的对18组成，其中每个对18的电容器118具有大约400V的标称电容。

在这种配置中，例如，单个快速熔断器112f可与电容器元件112e串联设置，并且具有例如在270A

应当理解，根据本公开的变频器驱动控制器10中的快速熔断器不必与DC总线111并联，并且可以选择能够确保适合于防止电容器损坏的电流中断的每个位置。

但是，快速熔断器与DC总线111并联的位置可能是有利的，因为在正常操作条件下将流过低电流，因此在电流浪涌的情况下允许熔断器迅速反应。

因此，可以理解，根据本公开的变频器驱动控制器10实现了上述目的和目标。

特别地，根据本公开的变频器驱动控制器10不需要与其串联设置的安全熔断器来保证其安全操作，因为直接连接到电容器元件的快速熔断器在发生故障的情况下提供了安全保护。

根据本公开的变频器驱动控制器还保证了与设置有串联熔断器的传统控制器相同的操作安全性，但是其允许较小的体积配置，并且对于获得紧凑的布局而变得非常受欢迎。

此外，根据本公开的变频器驱动控制器在结构上简单并且易于以降低的成本制造，从而允许节省制冷机的生产成本。

如此构思的本发明可以进行多种修改和变型，所有这些修改和变型都落入所附权利要求的保护范围内。

而且，所有细节都可以由其他技术上等效的元件代替。基本上，所使用的材料以及与之相关的形式和尺寸可以根据特定的要求和现有技术而变化。

在所附权利要求书中提到的结构特征和技术后跟随有附图标记或符号的情况下，这些附图标记或符号的分配仅是为了促进对权利要求的理解，因此，它们决不以任何方式限制对每个元件的解释，每个元件仅通过示例的方式由所述附图标记或符号来标识。