马达壳体温度控制系统技术方案

提供一种用于控制具有位于制冷系统(1014)中的马达冷却回路的压缩机马达(170)的温度的方法和设备。所述马达冷却回路包括提供冷凝器和压缩机马达之间的流体连通的第二膨胀阀(1043)。所述压缩机马达(170)与介于所述第一膨胀阀(1040)下游和所述压缩机入口之间的制冷回路(1014)流体连通。制冷剂作为冷却流体被提供给所述马达冷却回路。主PID回路(402)和次级PID回路(414)被用于控制流到所述马达(170)的制冷剂的温度和流动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及马达温度控制系统，并且更具体地涉及在被冷却马达中的压缩机马达壳体温度控制。
技术介绍
压缩机设计近期的变化对马达温度控制上的变化提出了要求。过去的马达温度控制方法使用比例积分微分(PID)控制系统控制所述系统马达温度。传统的PID控制系统监测马达壳体的温度以控制所述系统马达温度。传统的PID控制系统被用于控制当温度超过预选的设定值时用于提供进入所述马达以冷却所述马达的冷却剂的阀。在一种系统中，所述马达被用于操作压缩机，并且所述冷却剂为制冷剂。当所述阀是电子膨胀阀(EEV)时，所述阀操作以膨胀液体制冷剂，降低所述制冷剂的压力和温度，以使得雾状物进入所述马达用于冷却。所述PID控制系统监测所述马达壳体的温度以确定是否达到预选设定值，并且当达到所述预选设定值时，发出信号打开所述阀，并且当所述温度低于所述设定值时，关闭所述阀，由此限制冷却流体流入所述马达。压缩机设计的研究进展的趋势是使用较大的压缩机。这些较大的压缩机具有较大的马达并且由此要求具有较大的马达壳体。所述较大的马达还导致由马达产生的热量增加，同时所述较大的马达壳体所额外增加的重量也提高了所述马达系统的热容量。此外，某些的这些压缩机设计包含有在运行中平衡所述转子的电磁(EM)轴承，其在所述马达壳体内部产生额外的热量。在某些设计中，用于所述马达壳体的材料发生了改变。因此，在那些采用较小的铝或铝合金马达壳体代替较大的铸铁马达壳体的设计中，不仅仅所述马达壳体的重量发生了改变，同时所述壳体的导热率也发生了变化，铝和铝合金以及铜和铜合金马达壳体与铸铁马达壳体相比具有较高的导热率。通常，铸铁的比热容是铝的1/2。这意味着对于具有相同材料质
量和相同热输入的系统来说，铸铁壳体的温度将比铝壳体温度升高大约两倍。明显地，具有较大马达的系统，由导热率较低的材料制作而成并且包含有附加热源，例如EM轴承的较大马达壳体对马达壳体温度变化较为不敏感。如这里所使用的，导热率，部件(马达壳体)质量，所述部件质量的比热容以及在所述部件内部产生的热量的组合在这里被称作所述系统的热惯性。近期的压缩机建议使用较大的、铸铁马达壳体并且较大的马达在这里被定义为高热惯性系统，因为它们具有较慢的加热和冷却速率，并且还可能包括EM轴承；而先前技术中的系统采用铝，铝合金，铜或铜合金马达壳体，采用小型铸铁马达壳体的较小的马达和机械轴承在这里被定义为低热惯性系统，当同样的冷却设计被用在高热惯性和低热惯性系统中时，其对冷却更加敏感。当两个系统具有相同的质量，当采用不同的马达壳体材料时(例如铸铁和铝合金)，在采用相同冷却系统的情况下，作为低热惯性系统的所述铝合金系统将更加快速地响应于温度的变化。随着马达尺寸增加，当在设计中采用高热惯性材料形式的更具性价比的材料时，与当前在低热惯性系统中使用的控制方案相比，需要一种对高热惯性系统中的马达温度变化更加敏感的控制方案。
技术实现思路
本专利技术包括具有由马达旋转的轴的涡轮机。所述马达包括定子和转子，所述转子存在于马达壳体内部并且所述转子被连接到所述涡轮机轴。所述马达还包括将所述转子和附接的轴定位于所述涡轮机中心的轴承。所述马达和所述马达壳体由在所述马达壳体内部循环的流体进行冷却。在当前的专利技术中，流体循环进入所述马达并且由阀进行控制，所述阀例如是电子膨胀阀(EEV)。所述EEV由控制器进行控制，所述控制器提供调节所述阀位置的信号。在当前的专利技术中，由所述控制器发送给所述阀的信号响应于被测量发送给所述控制器的测量温度。至少一个发送给所述控制器的测量温度与所述定子相关。与所述定子相关的测量温度为与由主PID控制器设置的所述定子马达绕组的绕组温度设定值Twindingspt相对应的定子控制温度。所述定子控制温度也可以通过次级PID控制器进行监测，所述次级PID控制器控制用于调节冷却流体通过
所述马达壳体的量的EEV的位置。所述冷却流体流将冷却下来或者其流动受到限制从而将允许马达壳体加热升温以将所述定子绕组温度升高到所述设定值Twindingspt。所述主PID控制器监测所述马达壳体温度Thousing并且确定合适的绕组温度设定值Twindingspt。Thousing为由热电偶、热敏电阻器或者其它温度传感器测量得到的马达壳体的真实温度。Twindingspt为所述主PID控制器基于所述测量的马达壳体温度和其设定值计算出的设定值。代表所述合适的绕组温度设定值Twindingspt的信号接着从所述主PID控制器被发送给所述次级PID控制器。由于所述定子绕组温度和所述马达壳体温度是相关联的，因此所述主PID控制器通过升高或降低所述次级PID控制器的所述定子绕组温度设定值Twindingspt使所述马达壳体温度Thousing接近所述马达壳体设定值Thousingspt，由此调节冷却流体经过EEV流到包括所述定子的所述马达壳体的流量。当所述次级PID控制器被正确设置时，所述马达壳体温度Thousing和所述定子绕组温度Twinding应该具有相对应的设定值或者如果不对应，所述设定值应该彼此尽量接近或近似于平衡。所述次级PID控制器使用所述定子温度Twinding控制流入到所述压缩机马达中的冷却流体对于克服当所述制冷机压头高时所述系统中的高热惯性是有用的。如这里使用的，较高的制冷机压头意味着在冷凝器和蒸发器之间具有较大的压差。与较低的压头相比，当所述EEV在相同位置被打开时，较高的压头能够驱使更多的冷却制冷剂流入所述马达壳体。所述制冷机的压头随着制冷剂运行状况改变。当所述压头高时，所述定子温度与马达壳体温度相比将更加快速地响应于EEV位置变化。在高热惯性系统中，马达壳体对加热和冷却的响应较慢，因此，在加热过程中使用所述马达壳体温度Thousing控制流入到所述马达中的冷却剂流可能产生高定子温度。这通常是不期望的，因为如此高的定子温度将降低所述定子的运行寿命。相反，在高热惯性系统中，随着冷却剂流冷却所述马达壳体，所述马达壳体和马达壳体温度的慢响应可能导致马达壳体温度的低过冲(low overshoot)，其同样是不期望的，因为这种低温可能导致在所述马达壳体的外部上形成来自于空气的雾状冷凝物。表示马达壳体温度Thousing的信号由马达壳体温度传感器提供给所述第
一PID控制器。该测量的马达壳体温度通过所述第一PID控制器与编程设置的马达壳体设定值进行对比。基于该可以预先确定的温差，所述第一PID控制器可以为第二PID控制器提供信号以维持或修改所述定子绕组温度设定值Twindingspt，所述定子绕组温度设定值Twindingspt可以根据需要通过所述第一PID控制器基于来自于所述马达壳体温度传感器的、表示所述马达壳体温度Thousing以及其由于控制所述绕组温度到达其设定值而与马达壳体温度设定值Twindingspt的方差(variance)的信号进行动态计算和修改。用于动态确定Twindingspt的算法可以是被编程到所述第一PID的固件或软件。用于控制具有位于制冷系统中的马达冷却回路的压缩机马达的温度的系统和方法可以是前面描述的系统的混合系统。当所述制冷机压头高时，由于所述壳体的热惯性，使用马达绕组温度和马达壳体温度控制流到所述马本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制具有马达冷却回路的压缩机马达(170)的温度的方法，制冷回路(1014)中的压缩机马达(170)包括具有马达(170)的压缩机(1020)、与所述压缩机(1020)流体连通的冷凝器(1030)、与所述冷凝器(1030)流体连通的第一膨胀阀(1040)、与所述第一膨胀阀(1040)流体连通并且与所述压缩机(1020)流体连通的蒸发器(1050)，所述马达冷却回路包括与所述冷凝器(1030)以及所述压缩机马达(170)流体连通的第二膨胀阀(1043)，所述压缩机马达(170)进一步与介于所述第一膨胀阀(1040)下游和压缩机入口之间的所述制冷回路(1014)的流体连通，其中所述压缩机马达(170)进一步包括具有绕组的定子(176)和安装在马达壳体(174)内部的(178)以及从所述冷凝器(1030)经过所述第二膨胀阀(1043)提供给所述马达冷却回路作为冷却流体的制冷剂流体，其中改进的特征在于：提供主PID回路(402)，所述主PID回路(402)包括安装在马达壳体表面上的压缩机马达壳体温度传感器以及与所述马达壳体温度传感器相连通的第一PID控制器(404)，所述第一PID控制器(404)进一步被编程为具有马达壳体温度设定值；提供次级PID回路(412)，所述次级PID回路(412)包括安装在定子绕组上的定子绕组温度传感器以及与所述第二膨胀阀(1043)和所述第一PID控制器(404)相连通的第二PID控制器(414)，所述第二PID控制器(414)进一步被编程为具有定子绕组温度设定值；向所述第二PID控制器(414)提供代表所述定子绕组温度的信号；向所述第一PID控制器(404)提供代表所述马达壳体温度的信号；当所述定子绕组温度不同于定子设定值温度时，从所述第二PID控制器(414)向所述第二膨胀阀(1043)提供信号，调节流向所述马达冷却回路的制冷剂流；从所述第一PID控制器(404)向所述第二PID控制器(414)提供信号，以重新编制所述定子绕组温度设定值，所述第一PID控制器(404)根据来自于马达壳体温度传感器的代表所述马达壳体温度以及其由于制冷剂流到所述马达冷却回路而与所述马达壳体温度设定值的方差的信号动态地计算所述定子绕组温度设定值。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.09 US 61/888,5661.一种用于控制具有马达冷却回路的压缩机马达(170)的温度的方法，制冷回路(1014)中的压缩机马达(170)包括具有马达(170)的压缩机(1020)、与所述压缩机(1020)流体连通的冷凝器(1030)、与所述冷凝器(1030)流体连通的第一膨胀阀(1040)、与所述第一膨胀阀(1040)流体连通并且与所述压缩机(1020)流体连通的蒸发器(1050)，所述马达冷却回路包括与所述冷凝器(1030)以及所述压缩机马达(170)流体连通的第二膨胀阀(1043)，所述压缩机马达(170)进一步与介于所述第一膨胀阀(1040)下游和压缩机入口之间的所述制冷回路(1014)的流体连通，其中所述压缩机马达(170)进一步包括具有绕组的定子(176)和安装在马达壳体(174)内部的(178)以及从所述冷凝器(1030)经过所述第二膨胀阀(1043)提供给所述马达冷却回路作为冷却流体的制冷剂流体，其中改进的特征在于：提供主PID回路(402)，所述主PID回路(402)包括安装在马达壳体表面上的压缩机马达壳体温度传感器以及与所述马达壳体温度传感器相连通的第一PID控制器(404)，所述第一PID控制器(404)进一步被编程为具有马达壳体温度设定值；提供次级PID回路(412)，所述次级PID回路(412)包括安装在定子绕组上的定子绕组温度传感器以及与所述第二膨胀阀(1043)和所述第一PID控制器(404)相连通的第二PID控制器(414)，所述第二PID控制器(414)进一步被编程为具有定子绕组温度设定值；向所述第二PID控制器(414)提供代表所述定子绕组温度的信号；向所述第一PID控制器(404)提供代表所述马达壳体温度的信号；当所述定子绕组温度不同于定子设定值温度时，从所述第二PID控制器(414)向所述第二膨胀阀(1043)提供信号，调节流向所述马达冷却回路的制冷剂流；从所述第一PID控制器(404)向所述第二PID控制器(414)提供信号，以重新编制所述定子绕组温度设定值，所述第一PID控制器(404)根据来自于马达壳体温度传感器的代表所述马达壳体温度以及其由于制冷剂
\t流到所述马达冷却回路而与所述马达壳体温度设定值的方差的信号动态地计算所述定子绕组温度设定值。2.权利要求1所述的方法，其中提供包括具有马达的压缩机(1020)的制冷回路(1014)的步骤进一步包括提供从由离心式压缩机、螺杆式压缩机和涡旋式压缩机构成的组中选取的压缩机。3.权利要求1所述的方法，其中提供包括压缩机马达(170)的马达冷却回路的步骤进一步包括设置在所述壳体(174)内部并且介于所述壳体(174)和所述定子(176)之间的间隔件(180)，其中所述压缩机马达包括安装在马达壳体(174)内部的具有绕组的定子(176)和转子(178)。4.权利要求3所述的方法，其中所述马达壳体(174)进一步包括螺旋环状区域(182)，其为制冷剂提供从马达入口经过所述马达壳体(174)的流体通道。5.权利要求3所述的方法，其中所述间隔件(182)包括高导热材料。6.权利要求1所述的方法，其中提供马达冷却回路的步骤进一步包括与为所述蒸发器(1050)提供制冷剂液体的所述制冷回路(1014)第一流体连通并且与为所述蒸发器(1050)提供制冷剂气体的所述制冷回路(1014)第二流体连通的马达冷却回路。7.权利要求1所述的方法，其中向第二PID控制器(414)提供代表所述定子绕组温度的信号的步骤为来自于安装在所述定子绕组上的温度传感器的定子绕组温度。8.权利要求1所述的方法，其中向第二PID控制器(414)提供代表所述定子绕组温度的信号的步骤为通过定子绕组安培计测量得到的由所述定子绕组汲取的安培数。9.一种用于冷却制冷系统(1014)中的压缩机马达的系统，具有由马达(170)驱动的压缩机(1020)的制冷系统进一步包括设置在马达壳体(174)内部的定子(176)和绕组、与所述压缩机(1020)流体连通的冷凝器(1030)、与所述冷凝器(1030)流体连通的第一膨胀阀(1040)、与所述第一膨胀阀(1040)流体连通并且与所述压缩机(1020)流体连通的蒸发器(1050)、以及进一步具有与所述冷凝器(1030)和所述压缩机马达(170)流体连通的第二膨胀阀(1043)的马达冷却回路，所述压缩机马...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨黎明，C·C·克莱恩，
申请(专利权)人：江森自控科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US