背景技术
[0001] 变频驱动为加热、通
风、
空调或制冷（HVACR）应用提供许多潜在的优点，包括用于增强效率、控制以及性能的机会。然而，其也提出许多设计挑战，包括需要缓解由于电源线输入谐波
电流和/或
端子电压而引起的谐波损耗。已经提出了各种技术以缓解谐波，包括链路扼流圈、线路反应器、多相技术、谐波
滤波器以及这些和其它技术的组合。还可使用有源谐波衰减、消除或阻尼技术来缓解谐波。这些及其它有源谐波缓解（“AHM”）技术一般地利用针对谐波失真的存在和特性来分析给定驱动
信号并生成缓解命令或信号的控制，该缓解命令或信号被配置成提供期望衰减、消除或阻尼以产生期望的经修正的驱动信号，例如以产生
正弦波的更精确合成近似、或者以缓解到变频驱动的输入端/输出端的谐波反馈。其可单独地或与其它技术组合地实现。虽然AHM技术提供了许多潜在益处，但其还提出相对于HVACR应用的许多未预料到的挑战和问题。HVACR应用的各种占空比要求可以产生控制状态，其虽然从谐波缓解的
角度看是期望的，但是具有损坏系统的潜在可能。这些问题在利用永磁
电动机的应用中令人特别感兴趣，虽然其也广泛地适用于其它系统。对于本文公开的独特且创造性的装置、方法和系统存在明显的需要。
[0002] 公开
[0003] 出于清楚地、简明地且精确地描述本
发明的示例性
实施例、完成和使用所述示例性实施例的方式和过程以及为了使得能够实现所述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。应理解的是，并不从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对于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
[0004] 公开了用于控制和诊断变频驱动有源谐波缓解的装置、方法和系统。示例性控制和诊断包括操作变频驱动，其将AC输入线电压转换成DC电压，使用该DC电压生成电动机
控制信号，并且用该电动机驱动信号来驱动电动机。谐波缓解信号被提供给该驱动并被配置成在驱动操作的期间至少部分地缓解谐波。基于与驱动输入相关联的误差条件的存在而禁止谐波缓解信号。基于误差条件的不存在而终止所述禁止。诊断故障条件基于误差条件的多次发生。根据以下描述和附图，更多实施例、形式、目的、特征、优点、方面以及益处将变得显而易见。
附图说明
[0005] 图1是示例性HVACR系统的示意图。
[0006] 图2是示例性变频驱动和永磁电动机的示意图。
[0007] 图3和4是图示出示例性控制和诊断过程的
流程图。
[0008] 图5是图示出示例性控制和诊断的
框图。
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以及
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/或冷却部件和用于各种系统部件的流动路径。
[0010] 压缩机110由驱动单元150驱动，包括由变频驱动155驱动的永磁电动机170。在所示实施例中，变频驱动155被配置成输出三相PWM驱动信号，并且电动机170是表面磁体永磁电动机。还可设想其它类型和配置的变频驱动以及诸如内部磁体永磁电动机之类的永磁电动机的使用。应认识到的是，在本文中公开的原理和技术可应用于广泛种类的驱动和电动机配置，包括感应电动机系统、磁阻电动机系统及其它电动机系统。
[0011] 冷凝器120被配置成传递来自从压缩机110接收的被压缩的制冷剂的热量。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。还可设想的是，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，使接收到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。可设想的是，可利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，以控制电动机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接收关于电动机电流、电动机端子电压和/或电动机的其它操作特性（包括本文下面描述的那些）的信息。应认识到的是，本文所述的控制、控制例程以及控
制模块可使用
硬件、
软件、
固件及其各种组合来实现，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，并且其可包括许多硬件和
软件模块及部件，诸如在本文中公开的那些。此外，应认识到的是，控制器160是可被配置成整体上或部分地与其它系统、模块或部件组合地实现在本文中公开的示例性控制和诊断的控制器的一个示例。
[0014] 参考图2，图示出用于变频驱动200的示例性
电路图。驱动200被连接到电源210，例如，向线路滤波器模块220提供三相AC功率的400/480 VAC公用
电网。线路滤波器模块220被配置成提供
同步信号并充当RF滤波器。然后向
整流器290提供三相AC功率，所述整流器290将AC功率转换成DC功率并向DC总线291提供DC功率。DC总线被连接到逆变器280。为了图示和描述的清楚起见，将整流器290、DC总线291以及逆变器280示为分立的块。然而，应认识到的是，可在还可包括多种附加电路和部件的公共模块、板或板组件中提供这些部件中的两个或更多。除所示的6脉冲配置之外，应进一步理解的是，可利用诸如12脉冲、18脉冲、24脉冲或30脉冲整流器之类的多脉冲整流器连同
相移变压器，所述相移变压器为6脉冲、12脉冲、18脉冲、24脉冲或30脉冲操作提供适当的
相位输入。
[0015] 逆变器模块280包括被连接到DC总线291的正和负线路的
开关285、286和287。开关285、286和287优选地被配置为基于IGBT和
二极管的开关，但是还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。开关285、286和287向电动机端子275、276和277提供输出。电流
传感器281、282和283被配置成检测从逆变器模块280流到电动机270的电流，并且向ID模块293发送电流信息。电压传感器也与电动机端子275、276和277可操作地耦接，并且被配置成从电动机端子向ID模块293提供电压信息。
[0016] ID模块293包括与电流感测相结合地用来设定关于电流信号的缩放（scaling）的负载
电阻器，所述电流信号最终被提供给
模数转换器以用于进一步处理。ID模块293使用在ID模块293上用硬件设定的标识位来告知VFD其大小是多少（即要布置在ADC的电流要使用什么类型的缩放）。ID模块293还向栅极驱动模块250输出电流和电压信息，并且还向栅极驱动模块250提供标识信息，其标识与栅极驱动模块250连接的负载的类型和大小。ID模块293还可向栅极驱动模块250提供电流感测电源状态信息。在其它实施例中，ID模块293还可提供用于其它参数（诸如电压或通量信号）的缩放功能性。
[0017] 栅极驱动模块250将感测的电流和电压信息提供给DSP模块260的模数转换器输入端。DSP模块260处理感测到的电流和电压信息，并且还将控制信号提供给栅极驱动模块250，所述提供给栅极驱动模块250的控制信号向
增压模块251、252和253
输出电压，其进而向开关285、286和287输出升高电压。提供给开关285、286和287的信号进而控制提供给电动机270的端子275、276和277的输出。应认识到的是，DSP模块260是控制器的一个示例，其可以被配置成整体上或部分地与其它系统、模块或部件组合地实现在本文中公开的示例性控制和诊断。
[0018] 电动机270包括
定子271、
转子273以及转子与定子之间的空气间隙272。电动机端子275、276和277被连接到在定子271中提供的绕组。转子273包括多个
永磁体274。在所示实施例中，磁体274被配置为设置在围绕转子273圆周的表面永磁体。通常使用永磁体以在转子的表面处呈现基本上恒定的磁通量的方式来构造转子。在其中转子旋转的操作中，形成定子中的绕组的导电体被设置成产生正弦磁链。其它实施例还设想其它磁体构造（诸如内部磁体构造）的使用。应理解的是，内部磁体构造通常在q轴和d轴上具有不同的电感。
[0019] 参考图3，图示出示例性控制和诊断过程300的流程图。过程300在操作302处开始，其对被配置且可执行来缓解电源线输入谐波电流和/或端子电压的有源谐波缓解（“AHM”）控制过程进行初始化。从操作302，过程300前进至条件式304，其评估诸如驱动输入线
频率之类的频率F是否在最小频率MinF以上且在最大频率MaxF以下。如果条件式304返回假，则过程300前进至禁止AHM过程的操作306。从操作306，过程300前进至操作308，其测试
频率范围误差FRE是否大于用于频率范围误差THFRE的
阈值。如果条件式308返回假，则过程300前进至条件式342。如果条件式308返回真，则过程300前进至操作310，其将诊断故障DFRE设定成等于真，并且前进至条件式342。条件式342测试禁止操作的数目是否大于禁止操作数目的限值Linhibit。如果条件式342返回真，则过程300前进至操作302，其对AHM过程进行重新初始化，或者发送指示需要手动重置的信号。如果条件式342返回假，则过程300返回至条件式304。如果条件式304返回真，则过程300前进至操作312，其将诊断DFRET设定成等于假。从操作312，过程300前进至操作314，其测试用于丢失同步信号条件。如果条件式314返回真，则过程300前进至操作316，其禁止AHM过程。从操作316，过程300前进至条件式318，其测试同步信号误差SSE的数目是否大于阈值THSSE。如果条件式328返回假，则过程300前进至条件式342。如果条件式328返回真，则过程300前进至操作330，其将诊断故障代码DSSE设定成等于真。从操作330，过程300前进至条件式342。如果条件式342返回假，则过程300前进至操作340，其将诊断故障代码DSSE设定成等于假。从操作340，过程300继续前进至条件式342。
[0020] 参考图4，图示出根据示例性控制和诊断过程400的流程图。过程400在对AHM过程进行初始化的操作402处开始。从操作402，过程400前进至条件式404。条件式404测试用于频率误差、Δ频率误差、线电压
不平衡误差、和/或短期电气干扰误差（诸如其中的电气瞬变现象、电压浪涌、环形波、电快速瞬变脉冲群、RF传导抗扰性、电压变化、电压骤降、电压中断或电压陷波）。如果条件式404返回假，则过程400前进至条件式412。如果条件式404返回真，则过程400前进至操作406，其禁止AHM过程。从操作406，过程400前进至操作408，其测试是否已达到用于频率误差、Δ频率误差、线电压不平衡误差和/或电气瞬变误差的诊断限值。如果操作408返回假，则过程400前进至条件式412。如果条件式408返回真，则过程400前进至操作410，其设定诊断故障代码。从操作410，过程400前进至条件式412。条件式412测试是否已达到关于禁止操作的数目的限值。如果条件式412返回真，则过程400返回至操作402，其对AHM过程进行重新初始化，或者发送需要手动重置的信号。如果条件式412返回假，则过程400返回至条件式404。
[0021] 参考图5，图示出示例性AHM控制500的框图。框550图示出被提供给线路同步
算法530和AHM算法510的输入，其包括提供给变频驱动的输入线电压的振幅、频率、电源阻抗、外部负载、
波形、噪声和瞬变。线路同步算法530利用输入信息来向AHM算法510提供同步信息，例如指示输入线的相角的信息。AHM算法510也接收来自AHM监督控制520和现场可调整AHM参数540的输入。AHM算法510利用其接收到的输入来提供被配置成缓解从线路输入的电流或电压谐波和/或输出到电动机的电流或电压谐波的信号，提供相电流平衡，并提供期望量的DC总线纹波。AHM算法510还输出关于变频驱动和/或其中实现该驱动的总体系统的诊断信息。
[0022] AHM监督控制520可实现禁止、关掉或挂起AHM功能性的许多AHM禁止准则、以及设定诊断故障代码和/或将AHM算法或在其中实现该AHM算法的系统进行重置的许多AHM诊断准则。某些实施例利用在以下表1中列出的准则。
[0023]
[0024] 表1
[0025] 在以上表1中，可通过对线路同步信号的评估来确定频率超出范围的条件。AHM同步信号的丢失可在一个循环、半个循环或其它数目的循环或开放窗口内发生。可基于零交叉事件的评估来确定AHM同步信号误差，在所述零交叉事件中，每个循环预期M个零交叉事件（例如两个零交叉事件），并且额外的零交叉事件指示误差状态。评估可包括在时间＝ 至 时监视并确定在此时间
帧内已发生的非预期的零交叉事件。
[0026] 某些实施例利用针对AHM监督控制520的附加或备选准则。某些实施例准则基于短期电气干扰、线电压不平衡、输入线频率和/或输入线频率变化率的存在或检测来挂起、关掉或禁止AHM功能性。短期电气干扰可包括其中的电气瞬变现象、电压浪涌、环形波、电快速瞬变脉冲群、RF传导抗扰性、电压变化、电压骤降、电压中断以及电压陷波。
[0027] 现场可调整AHM参数540可包括在控制AHM功能性时可利用的许多可校准量（calibratibles）。示例性可校准量包括其中的开/关启用/禁用可校准量、用于电流调节器及其它例程或器件的增益设定、电流注入限值、以及
指定将被确定为缓解目标的一个或多个谐波的可校准量。
[0028] AHM算法输出560可包括被配置成缓解诸如输入线谐波之类的一个或多个输入线谐波和/或一个或多个输出谐波的信号或命令。输出560还可包括被配置成增强相电流平衡和/或缓解DC总线纹波的信号或命令。输出560还包括关于诸如在本文中公开的那些之类的变频驱动的状态的诊断。输出560以闭环方式向输入550进行反馈或影响输入550，虽然应理解的是，还可利用开环控制和诊断。
[0029] 应理解的是，上文详细地概括和描述并在附图中示出的示例性实施例是说明性而非限制性或约束性的。仅示出并描述了当前优选的实施例，并且将保护落在本发明范围内的所有变更和修改。应认识到的是，在某些实例中，下面所述实施例和形式可被组合，并且在其它实施例中可不包括彼此。类似地，应认识到的是，可将下面描述的实施例和形式与在本文中别的地方公开的其它方面和特征进行组合或者可不进行组合。应理解的是，上述实施例的各个特征和方面可能不是必须的，并且还保护没有所述特征和方面的实施例。在阅读
权利要求时，意图在于，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”之类的词语时，并不意图将权利要求局限于仅一个项目，除非在权利要求中具体相反陈述。当使用表述“至少一部分”和/或“一部分”时，该项目可能包括一部分和/或整个项目，除非具体相反陈述。
