(57)【要約】  冷却機／冷凍システムにライドスルー能力を提供する方法が、少なくとも１つの電動機に電力を供給するために可変周波数および可変電圧を供給する、能動コンバータ段、直流リンク段、およびインバータ段を含む可変速駆動装置を使用する。誘導電動機が、冷却機／冷凍システムの圧縮機を駆動するために、インバータ段の出力に結合される。ライドスルー方法は、能動コンバータを通過する電流が所定の電流限界に等しくなるまで、直流リンク段の直流リンク電圧を所定の電圧レベルに調整するように能動コンバータを動作するステップと、次いで、コンバータの電流限界に到達すると、直流リンクの調整をインバータに移すステップとを含む。圧縮機がアンロードされ、インバータを通過する電力の流れは、直流リンク段の電圧レベルを維持するために逆転される。圧縮機をアンロードするために、予回転羽根、すべり弁、または逆止め弁が使用される。
2009522999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機、および機械的負荷に結合された圧縮機を設けるステップと、
前記電動機に電力を供給するために、直流リンク段によって電気的に結合された能動コンバータ段およびインバータ段を含む可変速駆動装置を設けるステップと、
前記直流リンク段の直流電圧を監視するステップと、
前記能動コンバータ段の入力パラメータを監視するステップと、
前記監視された直流リンク電圧の変化に応答して、前記直流リンク段の前記直流電圧を前記能動コンバータにより調整するステップと、
所定の第１の閾電圧よりも小さい前記直流電圧に応答して、
前記直流リンク段の前記直流電圧の前記調整を前記インバータ段に移すステップと、
前記機械的負荷を前記圧縮機から除去するステップと、
電力の流れを前記電動機から前記直流リンク段に逆転することによって、前記直流リンク段の前記直流電圧を前記インバータ段により制御するステップと、を実行するステップと、
を含む、電圧サグをライドスルーするために可変速駆動装置を制御する方法。
【請求項２】
前記機械的負荷を前記圧縮機から除去する前記ステップは、前記圧縮機の動作速度の低下に応答して、冷媒の逆流を防止するために前記圧縮機の冷媒ラインの中に挿入された逆止め弁によって自動的に実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記冷媒ラインは前記圧縮機の吐出ラインである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記冷媒ラインは前記圧縮機の吸込みラインである、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記圧縮機は遠心圧縮機であり、前記機械的負荷を前記圧縮機から除去する前記ステップは、前記圧縮機の前記機械的負荷を実質的に除去するために、複数の予回転羽根を動作させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記圧縮機はスクリュー圧縮機であり、前記機械的負荷を前記圧縮機から除去する前記ステップは、前記圧縮機の前記機械的負荷を実質的に除去するために、すべり弁を動作させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
交流入力電源の交流入力電圧を監視するステップと、
所定の閾電圧値以上の前記監視された交流電圧に応答して、前記直流リンク段の前記直流電圧を前記能動コンバータ段で制御するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
機械的に一体に結合された電動機および圧縮機を設けるステップと、
前記電動機に電力を供給するために、直流リンク段によって電気的に結合された能動コンバータ段およびインバータ段を含む可変速駆動装置を設けるステップと、
前記直流リンク段の直流電圧を監視するステップと、
前記能動コンバータ段の入力パラメータを監視するステップと、
前記能動コンバータ段によって前記直流リンク段の前記直流電圧を調整するステップと、
前記インバータ段によって電動機速度を調整するステップと、
所定の第１の閾電圧よりも小さい前記直流電圧に応答して、
前記直流リンク段の前記直流電圧の前記調整を前記インバータ段に移すステップと、
前記圧縮機をアンロードするステップと、
前記能動コンバータ段を不動作にするステップと、
電力の流れを前記電動機から前記直流リンクに逆転することによって、前記直流リンク段の前記直流電圧を前記インバータ段で制御するステップと、を実行するステップと、
を含む、冷却機システムにおける電圧サグ・ライドスルー能力を増大させる方法。
【請求項９】
前記圧縮機アンロードするステップは、前記圧縮機の動作速度の低下に応答して、冷媒の逆流を防止するために前記圧縮機の冷媒ラインに挿入された逆止め弁によって実施される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記冷媒ラインは前記圧縮機の吐出ラインである、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記冷媒ラインは前記圧縮機の吸込みラインである、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記圧縮機は遠心圧縮機であり、前記圧縮機をアンロードするステップは、前記直流リンク電圧の低下に応答して、複数の予回転羽根を動作させることによって前記圧縮機の前記機械的負荷を変更するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記圧縮機はスクリュー圧縮機であり、前記圧縮機をアンロードするステップは、前記直流リンク電圧の低下に応答して、すべり弁を動作させることによって前記圧縮機の前記機械的負荷を変更するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
交流入力電源の交流入力電圧を監視するステップと、
所定の閾電圧値以上の前記監視された交流電圧に応答して、前記直流リンク段の前記直流電圧を前記能動コンバータ段で制御するステップと、
をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
閉冷媒ループに接続された圧縮機、凝縮器、および蒸発器と、
前記圧縮機の動作速度の低下に応答して、前記圧縮機をアンロードするためのアンローディング装置と、
前記圧縮機に動力を供給するために前記圧縮機に接続された電動機と、
前記電動機に接続され、入力交流電力を固定入力交流電圧および固定入力周波数で受け取りかつ出力電力を可変電圧および可変周波数で前記電動機に供給するように構成され、前記可変電圧は前記固定入力交流電圧よりも大きさが大きい最大電圧を有しかつ前記可変周波数は前記固定入力周波数よりも大きい最大周波数を有する、可変速駆動装置と、を備え、前記可変速駆動装置は、
前記入力交流電力を供給する交流電源に接続され、前記入力交流電圧を前記直流電圧に変換するように構成されているコンバータ段と、
前記コンバータ段に接続され、前記直流電圧を濾波しかつ前記コンバータ段からのエネルギーを蓄積するように構成されている直流リンク段と、
前記直流リンク段に接続され、前記直流リンク段からの前記直流電圧を、前記可変電圧および前記可変周波数を有する前記電動機のための前記出力電力に変換するように構成されているインバータ段と、
所定の第１の閾電圧よりも小さい前記直流電圧に応答して、前記直流リンク段の前記直流電圧を前記インバータ段で調整するように構成されている、前記可変速駆動装置の動作を制御する制御パネルと、を備え、
前記制御パネルは、前記圧縮機を機械的にアンロードするために、制御信号を供給することによって前記直流リンク段の前記直流電圧を前記インバータ段で調整し、かつ前記直流リンク段の前記直流電圧を制御するために、電力の流れを前記電動機から前記直流リンク段に逆転する、
冷却機システム。
【請求項１６】
前記アンローディング装置は逆止め弁であり、前記逆止め弁は、前記圧縮機の前記動作速度の低下に応答して、冷媒の逆流を防止するために前記圧縮機の冷媒ラインの中に挿入される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記冷媒ラインは前記圧縮機の吐出ラインである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記冷媒ラインは前記圧縮機の吸込みラインである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記圧縮機は遠心圧縮機であり、前記アンローディング装置は複数の予回転羽根であり、前記予回転羽根は、前記圧縮機の前記機械的負荷を実質的に除去するために動作可能なアクチュエータを有する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記圧縮機はスクリュー圧縮機であり、前記アンローディング装置はすべり弁であり、前記すべり弁は、前記圧縮機の前記機械的負荷を実質的に除去するように動作可能である、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年９月２日に出願された出願番号１１／２１８７５７の一部継続である。
本発明は、一般に可変速駆動装置に関し、さらに具体的には暖房、換気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）機器で使用するための、電圧サグ・ライドスルー能力を有する可変速駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変速駆動装置（ＶＳＤ）は、冷凍圧縮機を駆動する電動機に、可変の大きさおよび可変の周波数の交流電圧を供給するためにＨＶＡＣ＆Ｒシステムで使用される。ＶＳＤは、典型的に入力整流器、直流リンク、およびインバータから成る。固定の大きさおよび固定の周波数で電力会社によって供給される線間交流電圧は、ＶＳＤ入力整流器によって直流電圧に整流される。この直流電圧は、直流リンクで、エネルギー蓄積能力を有する受動素子（コンデンサのような）によって濾波および安定化される。次いで、直流リンク電圧は、電気負荷を給電する可変の大きさ、可変の周波数の交流電圧に逆変換される。ＨＶＡＣ＆Ｒ機器では、この電気負荷は、通常では圧縮機に結合された電動機である。ＶＳＤは、電力供給入力側で生じる不足電圧状態（電圧サグと呼ばれる）に特に影響されやすい。このような電圧サグは、他の様態で補正または補償されない限り、直流リンク電圧および負荷にそのまま反映される。線電圧の電圧サグの大部分は、数ミリ秒から数秒台の短い持続時間の間に生じる。このような電圧サグは、直流リンク電圧を瞬時に降下させて、ＶＳＤシステムを停止させる恐れがある。ＶＳＤが、停止することなく電圧サグをライドスルーし、入力電圧が回復されると動作を再開する能力は、それがＨＶＡＣ＆Ｒ機器の停止時間を短縮するので、ＶＳＤでは有利であると考えられる。電圧源インバータ（ＶＳＩ）技術に基づくＶＳＤでは、ライドスルー能力が、直流リンク電圧を定格値にまたは定格値付近に維持することによって典型的に実現される。次いで、ＶＳＤは電動機を駆動するのに十分な電圧を供給することができる。別様であれば、直流リンクがその定格値より下になるほど十分に低下すると、ＶＳＤおよび冷却機制御システムは、電動機または圧縮機の不規則で潜在的に有害な動作を防止するために停止することになる。
【０００３】
しかし、ＶＳＤで使用される整流器の最も一般的な種類は、受動整流器である。受動整流器は、３相ダイオードブリッジを典型的に含む。受動整流器では、直流リンク電圧が入力線電圧に正比例する。したがって受動整流器は、入力線電圧の変動を補償しない。その結果として、電圧サグは直流リンク電圧を降下させ、次ぎにそれがＶＳＤを停止させる恐れがある。
【０００４】
受動型整流器がＶＳＤで使用されるとき、ライドスルー能力を向上させる１つの可能性のある様態は、参照により本明細書に組み込まれる、アネット  フォン  ジュアンヌ（Ａｎｎｅｔｔｅ  ｖｏｎ  Ｊｏｕａｎｎｅ）らの「Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｒｉｄｅ−Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ  ｆｏｒ  Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ−Ｓｐｅｅｄ  Ｄｒｉｖｅｓ（調整可能な速度駆動用のライドスルー選択の評価）」、３５  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ９０８（１９９９年）に説明されたように、直流リンクに接続された追加的な電源を設けることである。このような追加的な電源は、追加的なコンデンサ、直流ブーストコンバータ、蓄電池、大容量コンデンサ、電動機−発電機の組、はずみ車、超伝導磁気エネルギー蓄積システム、燃料電池などによって設けられうる。これらのすべては追加的なハードウェアを必要とし、したがって、ＶＳＤの費用をかなり増加させる。受動フロントエンドを有するＶＳＤのライドスルー能力を増大させる相対的に低費用の様態は、電圧サグ中に負荷の慣性を利用して電力を生み出すことである（上で引用したアネット  フォン  ジュアンヌらの論文でも説明されている）。ライドスルー能力を増大させるこの様態を実現するために、電圧サグ中のインバータ出力周波数が、電動機負荷周波数を僅かに下になる値に調節される。これは、電動機を発電機として動作させて、直流リンク電圧を望ましいレベルに維持させる。この方法は、電動機速度センサおよび電流センサを典型的に必要とし、それはＶＳＤの費用を押し上げうる。
【０００５】
米国特許第６６８６７１８号は、ＶＳＤのライドスルー能力を増大させる様々な技法を説明する。例えば、ＶＳＤのライドスルー能力を増大させる別の可能性のある様態は、能動整流器を使用することである。このような整流器は、特化された制御方法と一緒に、線電流の入切を切り換えることができる電力装置の使用によって、入力線電圧の変動を補償することが可能である。したがって、直流リンク電圧は、ＶＳＤの停止を防止するのに十分に大きい値に維持されうる。この技法は、参照により本明細書に組み込まれる、アナベル  ヴァン  ジル（Ａｎｎａｂｅｌｌｅ  ｖａｎ  Ｚｙｌ）らの「Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓａｇ  Ｒｉｄｅ−Ｔｈｒｏｕｇｈ  ｆｏｒ  Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ−Ｓｐｅｅｄ  Ｄｒｉｖｅｓ  ｗｉｔｈ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒｓ（能動整流器をもつ調整可能な速度駆動用の電圧サグ・ライドスルー）」、３４  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  １２７０（１９９８年）に説明されている。
【０００６】
１つのこのような能動整流器は、パルス幅変調（ＰＷＭ）ブースト整流器を使用する。入力線電圧の低下すなわちサグに、直流リンク電圧は、公称値に厳密に調整されうる。しかし、ブースト整流器の入力交流電流は、線電圧が低下するにつれて増加する。ブースト整流器素子の実際の電流伝導および電流切換え限界により、入力交流電流が、制限無く増加することはできない。そうではなく、この入力交流電流がブースト整流器電流限界と呼ばれる所定の制限を決して超えることがないように、その電流は制御されねばならない（ブースト整流器制御アルゴリズムによって）。ブースト整流器の入力電流が、この電流限界未満にまたはこの電流限界にある限り、ブースト整流器の出力直流電圧は、公称設定点に厳密に制御できる。しかし、ブースト整流器の電流限界に到達してからも、線電圧が降下し続ける場合に、入力電流は電流限界レベルに制御された状態に留まるが、ブースト整流器は、もはや出力直流電圧を設定点値に調整することができない。ＶＳＤのインバータ部分が、電圧サグの開始前と同じ電力レベルで電動機を駆動するために電流を直流リンクコンデンサから引き出し続けるとき、直流リンクコンデンサに蓄積されたエネルギーが負荷に伝達されて、直流リンクの電圧が低下する。この状況が十分な時間の間継続すれば、直流リンク電圧が所定の故障閾値を下回り、冷却機システムは、最終的に停止することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、必要とされていることは、以上に説明した最新技術の汎用ＶＳＤの現在のライドスルー能力に勝る、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムに適用されたＶＳＤのライドスルー能力を増大させる方法である。この新規の方法は、電圧サグ中にＶＳＤおよびＨＶＡＣ＆Ｒシステム動作時間の期間を最大化するために、直流リンクの電圧を増強および制御し、エネルギーを直流リンク回路に保存するために、回転する電動機および圧縮機の慣性で蓄積されたエネルギーの最大の量を捕捉および維持し、かつ電圧サグ中にシステムのライドスルー能力を最大化するために、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの冷媒回路および水回路に蓄積されたエネルギーを利用することに基づくものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、圧縮機に機械的に結合された電動機と、この電動機に電力を供給する可変速駆動装置とを備えるＨＶＡＣ＆Ｒシステム用ＶＳＤに、ライドスルー能力を提供する方法を開示する。可変速駆動装置は、直流リンク段によって電気的に結合された能動整流器段およびインバータ段を含む。線間交流電圧、入力交流電流、直流リンク電圧、および電動機交流電流は、すべてが本システムによって監視および／または感知される。直流リンク段の直流電圧は、正常動作中および電圧サグ中に、能動整流器によって設定点に調整される。直流リンク段の直流電圧の調整は、所定の電流限界値に到達する能動整流器段に流入する入力電流に応答して、能動整流器段からインバータ段にさらに移され、かつ冷凍システム中の圧縮機によって行われる仕事が中断される。次ぎに、直流リンク段の直流電圧は、電力の流れを電動機から直流リンクに逆転することによりインバータによって制御される。直流リンク段の直流電圧の制御は、所定の閾電圧値に回復する監視された交流線電圧に応答して能動整流器段に戻される。
【０００９】
本発明の１つの態様では、電圧サグをライドスルーするために可変速駆動装置を制御する方法が開示される。本方法は、電動機および機械的負荷に結合された圧縮機を設けるステップと、電動機に電力を供給するために、直流リンク段によって電気的に結合された能動コンバータ段およびインバータ段を含む可変速駆動装置を設けるステップと、直流リンク段の直流電圧を監視するステップと、能動コンバータ段の入力パラメータを監視するステップと、監視された直流リンク電圧の変化に応答して、直流リンク段の直流電圧を能動コンバータで調整するステップと、所定の第１の閾電圧よりも小さい直流電圧に応答して、直流リンク段の直流電圧の調整をインバータ段に移すステップと、機械的負荷を圧縮機から除去するステップと、電力の流れを電動機から直流リンク段に逆転することによって、直流リンク段の直流電圧をインバータ段で制御するステップと、を含む。
【００１０】
本発明の別の態様では、本発明は冷却機システムにおける電圧サグ・ライドスルー能力を増大させる方法に関し、本方法は、機械的に一体に結合された電動機および圧縮機を設けるステップと、電動機に電力を供給するために、直流リンク段によって電気的に結合された能動コンバータ段およびインバータ段を含む可変速駆動装置を設けるステップと、直流リンク段の直流電圧を監視するステップと、能動コンバータ段の入力パラメータを監視するステップと、能動コンバータ段によって直流リンク段の直流電圧を調整するステップと、インバータ段によって電動機速度を調整するステップと、所定の第１の閾電圧よりも小さい直流リンク段の直流電圧に応答して、直流リンク段の直流電圧の調整をインバータ段に移すステップと、圧縮機をアンロードするステップと、能動コンバータ段を不動作にするステップと、電力の流れを電動機から直流リンクに逆転することによって、直流リンク段の直流電圧をインバータ段で制御するステップと、を含む。
【００１１】
また本発明は、閉じた冷媒ループに接続された圧縮機、凝縮器、および蒸発器と、圧縮機の動作速度の低下に応答して、圧縮機をアンロードするアンローディング装置と、圧縮機に動力を供給するために圧縮機に接続された電動機と、電動機に接続され、入力交流電力を固定入力交流電圧および固定入力周波数で受け取りかつ出力電力を可変電圧および可変周波数で電動機に供給するように構成され、可変電圧は固定入力交流電圧よりも大きさが大きい最大電圧を有しかつ可変周波数は固定入力周波数よりも大きい最大周波数を有する、可変速駆動装置と、を備える冷却機システムにも関係し、この可変速駆動装置は、入力交流電圧を直流電圧に変換するように構成されている、入力交流電力を供給する交流電源に接続されたコンバータ段と、直流電圧を濾波しかつコンバータ段からのエネルギーを蓄積するように構成されている、コンバータ段に接続された直流リンクと、直流リンクからの直流電圧を、電動機のための可変電圧および可変周波数を有する出力電力に変換するように構成されている、直流リンクに接続されたインバータ段と、所定の第１の閾電圧よりも小さい直流電圧に応答し、直流リンク段の直流電圧をインバータ段で調整するように構成されている、可変速駆動装置の動作を制御する制御パネルと、を備え、この制御パネルは、圧縮機を機械的にアンロードするために、制御信号を供給することによって直流リンク段の直流電圧をインバータ段で調整し、かつ直流リンク段の直流電圧を制御するために、電力の流れを電動機から直流リンク段に逆転する。
【００１２】
本発明の１つの利点は、瞬時入力電圧降下中に冷却機システムの停止を防止するために、入力電圧サグ・ライドスルー能力を向上させうることである。
本発明の別の利点は、電圧サグ中に直流リンクコンデンサの放電を最小化し、冷却機システムの負荷を機械的に除去することによって電動機および圧縮機の回転する質量に蓄積されたエネルギーを維持し、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの熱ライドスルー能力を最大化するために、冷媒および冷却された水またはブラインシステムの熱蓄積能力に依存できることである。
【００１３】
本発明のさらに別の利点は、エネルギーを直流リンクに供給するために、電動機および圧縮機の回転する質量と直流リンクとの間のエネルギーの流れを逆転できることである。
本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例示としてのみ示す添付の図面と併せて採用された、好ましい実施形態の以下のさらに詳細な説明から明白である。
【００１４】
可能な場合には常に、同じ参照数字が同じかまたは同様の部分を指すために図面全体を通して使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明のシステム構成を一般的に例示する。交流電源１０２が、固定電圧および固定周波数の交流電力を可変速駆動装置（ＶＳＤ）１０４に供給し、次いでこの駆動装置が、可変の電圧および周波数の交流電力を電動機１０６に供給する。電動機１０６を使用して冷凍または冷却機システム（全体として図３を参照されたい）の対応する圧縮機を駆動することが好ましい。交流電源１０２は、単相または多相（例えば、３相）の固定電圧、固定周波数の交流電力を、使用現場に存在する交流電力配電網または配電システムからＶＳＤ１０４に供給する。交流電力配電網は、電力会社から直接供給されうるか、または電力会社と交流電力配電網との間の１つもしくは複数の下位変電所から供給される。交流電源１０２は、対応する交流電力配電網に応じて、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの線間周波数で３相交流電圧または２００Ｖ、２３０Ｖ、３８０Ｖ、４６０Ｖ、または５７５Ｖの線電圧をＶＳＤ１０４に供給できることが好ましい。交流電源１０２は、交流電力配電網の構成に応じて、任意適切な固定線電圧または固定線周波数をＶＳＤ１０４に供給できることが理解されるべきである。さらに、特定の使用現場は、異なる線電圧および線周波数要件を満たできる多交流電力配電網を有することができる。例えば、ある使用現場は、ある一定の用途に対処するために２３０Ｖの交流電力配電網を有し、かつ他の用途に対処するために４６０Ｖの交流電力配電網をもっても良い。
【００１６】
ＶＳＤ１０４は、特定の固定線電圧および固定線周波数を有する交流電力を交流電源１０２から受け取り、共に特定の要件を満たすように可変である望ましい電圧および望ましい周波数で交流電力を電動機１０６に供給する。好ましくは、ＶＳＤ１０４は、交流電源１０２から受け取られた固定電圧および固定周波数よりも、高い電圧および周波数または低い電圧および周波数を有する交流電力を電動機１０６に供給することができる。図２は、ＶＳＤ１０４の１つの実施形態における構成要素の幾つかを模式的に例示する。ＶＳＤ１０４は、３つの段、すなわち、整流器／コンバータ段２０２、直流リンク段２０４、およびインバータ段２０６を有できる。整流器／コンバータ２０２は、交流電源１０２からの固定周波数、固定大きさの交流電圧を直流電圧に変換する。直流リンク２０４は、コンバータ２０２からの直流電力を濾波し、コンデンサおよび／または誘導器のようなエネルギー蓄積素子を設ける。最後に、インバータ２０６は、直流リンク２０４からの直流電圧を電動機１０６用の可変の周波数、可変の大きさの交流電圧に変換する。
【００１７】
ＶＳＤ１０４は、可変出力電圧および可変周波数を電動機１０６に供給できるので、電動機は、多様な異なる条件で、例えば、電動機の特定の負荷に応じて一定の束または定ボルト／Ｈｚモードで動作可能である。好ましくは、制御パネル、マイクロプロセッサ、または制御装置が、制御パネルによって受け取られた特定のセンサ読取り値に応じて、ＶＳＤ１０４および電動機１０６に関する最適動作設定を提供するようにＶＳＤ１０４および電動機１０６の動作を制御するために、制御信号をＶＳＤ１０４に供給することができる。例えば、図３の冷凍システム３００では、制御パネル３０８は、冷凍システム中の変化する条件に対応するためにＶＳＤ１０４の出力電圧および周波数を調節することが可能であり、すなわち、制御パネル３０８は、電動機１０６の望ましい動作速度および圧縮機３０２の望ましい出力負荷を獲得するために、圧縮機３０２に対する増大または減少する負荷条件に応答して、ＶＳＤ１０４の出力電圧および周波数を増大または減少させることが可能である。
【００１８】
好ましい実施形態では、整流器／コンバータ２０２は、ＶＳＤ１０４の入力電圧よりも大きい最大実効出力電圧をＶＳＤ１０４から獲得するために増強された直流電圧を直流リンク２０４に供給する、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）を有する３相パルス幅変調ブースト整流器である。別法の実施形態では、コンバータ２０２は、ＶＳＤ１０４の入力電圧よりも大きい出力電圧をＶＳＤ１０４から獲得するために、増強された直流電圧を直流リンク２０４に供給するブースト直流／直流コンバータに結合されるダイオードまたはサイリスタ整流器でありうる。別の実施形態では、整流器／コンバータ２０２は、電圧ブースト能力を有さない受動ダイオードまたはサイリスタ整流器である。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態では、ＶＳＤ１０４は、ＶＳＤ１０４に供給された固定電圧および固定周波数のそれぞれの少なくとも１．０４倍および３倍である出力電圧および周波数を供給できる。さらに、ＶＳＤ１０４が適切な出力電圧および周波数を電動機１０６に供給できる限り、ＶＳＤ１０４は、図２に示された構成要素とは異なる構成要素を組み込みうることが理解されるべきである。
【００２０】
またＶＳＤ１０４は、交流電圧が最初にＶＳＤ１０４に印加されるとき、ＶＳＤ１０４の構成要素に対して有害である大きな突入電流をＶＳＤ１０４において回避するために、直流リンク電圧が０Ｖから交流線電圧の最高値に近い値まで上昇するのを制御できる事前充電システム（図示せず）も具備できる。事前充電システムは、入力交流電源１０２と整流器／コンバータ２０２との間に、時には整流器／コンバータ２０２の出力と直流リンク２０４との間に事前充電抵抗器を接続するために使用される事前充電接触器を含みうる。これらの事前充電抵抗器は、突入電流を管理可能なレベルに制限する。事前充電が完了すると、事前充電抵抗器は、事前充電接触器を開くことによって回路から遮断され、入力交流電源１０２が、供給接触器と呼ばれる別の接触器を閉じることによってコンバータ２０２に直接接続される。供給接触器は、本システムの動作中、閉じられた状態に留まる。別法として、事前充電手段は、適切な事前充電制御手段と一体に結合された適切な電力半導体装置を使用することによって、整流器／コンバータ２０２の設計に組み込まれてもよい。
【００２１】
さらに、ＶＳＤ１０４は、ほぼ力率１を有する電力をＨＶＡＣ＆Ｒシステムに供給することができる。最後に、ＶＳＤ１０４は、電動機１０６によって受け取られた電圧および周波数を、ＶＳＤ１０４によって受け取られた固定線電圧および固定線間周波数よりも高くまたは低くなるように調節できることによって、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムが、異なる電源に合わせて電動機１０６またはＶＳＤ１０４を変更する必要もなく、多様な外国および国内電力配電網で動作することを可能にする。
【００２２】
電動機１０６は、可変速度で駆動される誘導電動機であることが好ましい。誘導電動機は、２極、４極、または６極を含めて任意適切な極配置を有できる。誘導電動機は、負荷、好ましくは、図３に示された冷凍システムの圧縮機を駆動するために使用される。
【００２３】
図３に示されたように、ＨＶＡＣ、冷凍、または液体冷却機システム３００は、圧縮機３０２、凝縮器３０４、蒸発器３０６、および制御パネル３０８を備える。制御パネル３０８は、冷凍システム３００の動作を制御するために、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ、マイクロプロセッサ、不揮発性記憶装置、およびインターフェースパネルのような多様な異なる構成要素を含む。制御パネル３０８は、ＶＳＤ１０４および電動機１０６の動作を制御するためにも使用される。従来の冷凍システム３００は、図３に示されていない多くの他の特徴構造を含む。これらの特徴構造は、例示を容易にするように図面を簡素化するために敢えて省略されている。
【００２４】
圧縮機３０２は、冷媒蒸気を圧縮し、吐出ラインを介してこの蒸気を凝縮器３０４に送る。圧縮機３０２は遠心圧縮機であることが好ましいが、任意の種類の圧縮機、例えば、スクリュー圧縮機、往復圧縮機などでもよい。圧縮機３０２によって凝縮器３０４に送達された冷媒蒸気は、流体、例えば、空気または水と熱交換関係に入り、流体との熱交換関係の結果として相変化を経て冷媒液体になる。凝縮器３０４からの凝縮された液体冷媒は、膨張器（図示せず）を介して蒸発器３０６に流れる。
【００２５】
圧縮機３０２は、圧縮機３０２の機械的負荷を変更するために負荷変更装置３０３を含む。遠心圧縮機では、負荷変更装置３０３は予回転羽根である。蒸発器３０６から圧縮機３０２に至る入口または吸込みライン３０１には、圧縮機３０２に対する冷媒の流量を制御する１つまたは複数の予回転羽根もしくは入口誘導羽根３０３が存在する。圧縮機３０２に対する冷媒の量を増大させ、それによって本システム３００の冷却能力を増大させるために、アクチュエータを使用して予回転羽根３０３を開く。同様に、圧縮機３０２に対する冷媒の量を減少させ、それによって本システム３００の冷却能力を低減させるために、アクチュエータを使用して予回転羽根３０３を閉じる。スクリュー圧縮機では、負荷変更装置３０３はすべり弁である。圧縮機の吐出ライン３０７は、以下にさらに詳細に説明されるように、冷媒の逆流を防止するために、このラインに接続される逆止め弁３０５を有できる。別法の構成では、逆止め弁３０５は、吸込みライン３０１で圧縮機３０２に接続されうる。
【００２６】
蒸発器３０６は、冷却負荷の供給ラインおよび戻りライン用の接続部を含みうる。二次液体、例えば、水、エチレン、塩化カルシウムブライン、または塩化ナトリウムブラインが、戻りラインを経由して蒸発器３０６に進入し、供給ラインを経由して蒸発器３０６を退出する。蒸発器３０６中の液体冷媒は、二次液体の温度を低下させるために、二次液体と熱交換関係に入る。蒸発器３０６の冷媒液体は、二次液体との熱交換関係の結果として、相変化を経て冷媒蒸気になる。蒸発器３０６中の蒸気冷媒は、蒸発器３０６を流出して、吸込みラインによって圧縮機３０２に戻り、循環を完了する。凝縮器３０４および蒸発器３０６における冷媒の適切な相変化が実現されれば、凝縮器３０４および蒸発器３０６の任意適切な構成が本システム３００で使用可能であることが理解される。
【００２７】
ＨＶＡＣ、冷凍、または液体冷却機システム３００は、図３に示されていない多くの他の特徴構造を含む。これらの特徴構造は、例示を容易にするように図面を簡素化するために敢えて省略されている。さらに、図３は、ＨＶＡＣ、冷凍、または液体冷却機システム３００を、単一の冷媒回路の中に１つの圧縮機が接続されたように例示するが、本システム３００は、１つまたは複数の冷媒回路のそれぞれに接続され、単一のＶＳＤを動力源とする多重圧縮機を有できることが理解される。
【００２８】
制御パネル３０８は、圧縮機用の機械的負荷装置３０３、例えば、遠心圧縮機における予回転羽根またはスクリュー圧縮機におけるすべり弁の位置決めを決定および実施する圧縮機制御ユニット４０６（図４参照）を組み込む。また制御パネル３０８は、制御パネル３０８によって生成された冷却機システムに対する冷却要求信号に応答して、圧縮機３０２および電動機１０６の速度も制御する。制御パネル３０８は電動機速度指令をインバータ制御ユニット４０４（図４参照）に送り、このユニットは、望ましい圧縮機速度を生み出すべき電圧および周波数を電動機１０６に出力するためにインバータ２０６を制御する。インバータ制御ユニット４０４は、電動機電流のフラックス生成成分およびトルク生成成分を個別に制御することによって、直接トルク制御を介して電動機１０６の速度を制御するために、ベクトル制御アルゴリズムを使用することが好ましい。
【００２９】
以下の制御説明では、直流リンク電圧ＶＤＣ、直流リンク電圧の第１の設定点ＶＳＴＰＴ１、直流電圧の第１の閾値ＶＴＨ１、直流リンク電圧の第２の設定点ＶＳＴＰＴ２、および直流リンク電圧カットアウト閾値ＶＵＮＤＥＲは直流値であり、そこではＶＳＴＰＴ１＞ＶＴＨＩ＞ＶＳＴＰＴ２＞ＶＵＮＤＥＲであり、感知された入力交流線電圧ＶＩＮＡＣおよび入力交流電圧閾値ＶＴＨ＿ＩＮは、実効値である。一般に、本発明の好ましい方法は、ＶＳＤ１０４への入力における電圧サグ中にライドスルーを提供するために２フーズの動作モードを含む。第１のフェーズでは、交流線電圧の大きさが減少するとき、整流器／コンバータ２０２（本実施形態ではブースト整流器）が、正常の完全電圧動作とあたかも同じであるように直流リンク電圧をその定格値に調整する。ブースト整流器は、直流リンク電圧をその設定点（ＶＳＴＰＴ１）に維持するために、ブースト整流器に流入する入力交流電流を増大させることによって入力交流電圧サグを補償する。ブースト整流器は、入力電流が所定の電流限界に到達するまで、入力電流を増大させることによって電圧のサグを補償し続ける。ブースト整流器が所定の電流限界に到達するとき、線電圧が許容可能なレベルまで回復されていなければ、本方法の第２のフェーズが、実質的に同時の２つの応答として、すなわち、第１に圧縮機の負荷を除去することによって、第２に電動機および圧縮機の回転する質量に蓄積されたエネルギーから電力を直流リンクに供給することによって開始する。
【００３０】
図４を参照すると、圧縮機制御ユニット４０６は、直流リンクコンデンサと電動機回転子および圧縮機の回転する質量の慣性とから、冷凍負荷によって消費される電力を最小限にするために、圧縮機３０２の機械的アンローディング装置３０３を起動する。回転する質量に蓄積されたエネルギーを保存するために、機械的負荷が圧縮機制御ユニット４０６によって切り離されている間に、インバータ制御ユニット４０４は、電動機速度制御モードから直流リンク電圧制御モードに切り換わり、電動機速度を制御することによって直流リンク電圧の大きさをＶＳＴＰＴ２のレベルに制御する。電圧サグの継続時間中、制御パネル３０８によって受け取られた特定のセンサ読取りに応じて、ＶＳＤ１０４および電動機１０６に最適操作設定を提供するために制御パネル、マイクロプロセッサ、または制御装置３０８から受け取られた指令は、ＶＳＤ１０４によって無視される。これは、電動機１０６および圧縮機３０２に、それらの慣性に蓄積されたエネルギーの必要量を直流リンクコンデンサに転送させる発電機としての役割をするように強制する。ライドスルー中、電動機１０６の回転子速度は低下し、その間直流リンク電圧はＶＳＴＰＴ２に維持される。線入力電圧が正常範囲に回復する前に、回転する質量に蓄積されたエネルギーが消耗し続ければ、直流リンク電圧は、ＶＵＮＤＥＲとして表された所定の閾値より下に落ち、本システムは停止することになる。
【００３１】
多重インバータおよび多重圧縮機電動機が同一直流リンクに接続されるシステムでは、１または複数のインバータ制御ユニットが、単一のインバータの事例に関して上述された態様と同様の様態で動作する。主要な違いは、それぞれのインバータが、それ自体の閾値ＶＴＨ１（例えば、ＶＴＨ１ａ、ＶＴＨ１ｂ、ＶＴＨ１ｃ、ここでａ、ｂ、ｃは異なるインバータを指す）と、それ自体の設定点ＶＳＰＴ２（例えば、ＶＳＰＴ２ａ、ＶＳＰＴ２ｂ、ＶＳＰＴ２ｃ）とを有する点にある。異なるインバータおよび圧縮機電動機における閾値および設定値のこの分離は、複数のインバータが直流リンク電圧を同時に制御しようとするときの潜在的な不安定さを防止するために必要とされる。
【００３２】
ＶＳＤは、パルス幅変調ブースト整流器または他のブースト整流器の種類である能動整流器２０２を含む。直流リンク段２０４は、ノード４００において、整流器制御ユニット４０２およびインバータ制御ユニット４０４に伝送される制御信号ＶＤＣを供給する。また制御ユニット４０２および４０４は、直流リンク電圧に加えて、本図では例示を容易にするために省略される他の制御信号も受け取る。制御ユニット４０２および４０４は、典型的にＶＳＤキャビネットの内側に配置されるが、制御パネル３０８の内側に配置されてもよいし、またはそれぞれの機器に別々に搭載されてもよい。
【００３３】
本発明のライドスルー方法の一実施形態が、図５Ａに示される。本発明の方法の一態様を全体的に例示する流れ図５００が、システム初期設定を表すステップ５０２から始まる。本システムが初期設定されると、本システムは、交流電源からの線電圧が正常の線電圧の付近であれば、すなわち、電圧サグが存在しないか、または線電圧が正常の線電圧より下にサグし始めてはいるが、ブースト整流器に流入する入力電流が電流限界値未満でありかつ直流リンク電圧が設定点ＶＳＴＰＴ１に維持されていれば、ステップ５０４に示された正常操作で稼働する。ステップ５０４ａで、ブースト整流器が直流リンク電圧を調整しており、ステップ５０４ｂで、インバータが正常通りに圧縮機の速度を調整し続け、かつステップ５０４ｃで、直流リンク電圧の監視が制御ハードウェアおよびソフトウェアによって実行される（図６参照）。ステップ５０４ａ〜５０４ｃは、ステップ５０４で示されたように共にまたは次々と実行される。図６に示された順番は、例示目的のためにすぎない。ステップ５０４では、ブースト整流器の入力電流はブースト整流器の実効電流限界値以下である。
【００３４】
ステップ５０６では、ＶＤＣが所定の閾値ＶＴＨ１に比較される。ＶＴＨ１の大きさは、直流リンク電圧の公称設定点ＶＳＴＰＴ１よりも小さい。１つの実施例として、公称直流リンク電圧がＶＳＴＰ１＝９５０Ｖであれば、ＶＴＨ１は、９００Ｖとして選択される。ＶＤＣがＶＴＨ１よりも小さければ、それはブースト整流器がその電流限界に到達しており、もはや直流リンク電圧をその設定点値に調整できないことを示し、したがって本システムは、直流リンク電圧を制御するために、圧縮機３０２の負荷を除去し、ブースト整流器２０２およびプリチャージ装置を不動作にし、かつインバータ２０６を遷移させるようにステップ５０８（図７および８）に進む。そうでなければ、本システムはステップ５０４に戻る。直流リンク電圧ＶＤＣの監視は、連続してまたは次々と実行可能であり、ＶＤＣの値の変化が本システムで応答を引き起こせば、ここでは別個のステップとして示される。
【００３５】
ステップ５０８ａ〜５０８ｃは、図７に例示されたようにステップ５０８で実行される。ステップ５０８ａで、圧縮機制御ユニット４０６は、遠心圧縮機の羽根の駆動を通じて、スクリュー圧縮機のすべり弁の駆動を通じて、または遠心圧縮機もしくはスクリュー圧縮機の吐出ラインに逆止め弁を挿入することによって、圧縮機を機械的にアンロードする。圧縮機のアンロードすることによって、電動機に蓄積された回転エネルギーが、以下に説明されるように、ライドスルー動作のために保存され、最小限の回転エネルギーが冷却機システム３００の冷媒負荷に消費される。短いライドスルー期間の間に、冷媒ループおよび二次蒸発冷却ループの中に蓄積された熱エネルギーが、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム負荷に対して必要な冷却を行うために使用される。ほぼ同時点で、ステップ５０８ｂでは、ブースト整流器中のＩＧＢＴが不動作にされ、ステップ５０８ｃでは、ブースト整流器に関連するプリチャージ装置が不動作にされる。本システムは、今やステップ５１０ａ〜５１０ｃに説明されるフェーズ２のライドスルー動作の第２のフェーズにある。ステップ５０８ａ〜５０８ｃは共にまたは順次に実行されうる。
【００３６】
ステップ５１０ａ〜５１０ｃもステップ５０８で実行される。図８を参照すると、ステップ５１０ａでは、インバータが直流リンク電圧を公称値ＶＳＴＰＴ２に調整しようとしている。ＶＳＴＰＴ２に選択された値は、ＶＴＨ１に選択された値よりも低い。１つの実施例として、ＶＴＨ１が９００Ｖであれば、ＶＳＴＰＴ２は８５０Ｖである。インバータは、インバータ制御ユニット４０４によって整流器として動作させられる。電動機１０６および圧縮機３０２の回転する質量に蓄積されたエネルギーは、インバータ２０６を介して正常の電動機動作とは逆の方向へ直流リンク２０４に流れる。電動機１０６および圧縮機３０２は、事実上、電力を直流リンクに供給する発電機となる。このような様態で、直流リンク電圧は、電動機１０６および圧縮機３０２を備える電気機械的負荷に蓄積されたエネルギーによって支えられる。電気エネルギーを蓄積するために直流リンクに接続されるコンデンサ（図示せず）は、インバータ２０６を介して電動機１０６から流れるエネルギーによって充電状態に維持される。本発明のこの実施形態では、ステップ５０８ｂで、ブースト整流器が不動作にされて、直流リンクに供給されたエネルギーのすべてが、インバータを介して、電動機１０６および圧縮機３０２における蓄積エネルギーから供給されるようになっている。したがって、直流リンク２０４は入力電源から絶縁され、制御ハードウェアおよびソフトウェアが、ステップ５１０ｂで直流リンク電圧ＶＤＣを監視し、かつステップ５１０ｃで入力線電圧ＶＩＮＡＣを監視する。ステップ５１０ａ〜５１０ｃは、ステップ５０８で共にまたは順次に実行可能であり、図８に示された順番は例示目的のためにすぎない。ステップ５０８は、図５Ａに示されたステップ５１２または５１６で以下の１つが行われるまで継続する。
【００３７】
ステップ５１２では、直流リンク電圧ＶＤＣが連続的に監視されており、ＶＤＣが所定の故障閾電圧ＶＵＮＤＥＲ（それはＶＳＴＰＴ２よりも低い）を下回って減少すれば、システムの故障が示される。ＶＳＤは、ステップ５１４で直ちに停止される。別様であれば、本システムはステップ５１６に進み、そこでは入力線電圧ＶＩＮＡＣが入力電源で監視される。ＶＩＮＡＣが所定の入力線間閾電圧ＶＴＨ＿ＩＮよりも大きければ、それは、電圧サグ状態がもはや存在せず、本システムは、通常の動作に本システムをリセットするためにステップ５１８に進む。図９に示されたように、ステップ５１８ａ〜５１８ｅがステップ５１８で実行される。ステップ５１８ａで、ＶＳＤのフロントエンドにおけるプリチャージ装置が、直流リンク電圧の上昇を制御するために有効にされる。ステップ５１８ｂおよび５１８ｃで、ブースト整流器スイッチが、直流リンク電圧を所定値ＶＳＴＰＴ１までさらに上昇させるために有効にされる。ステップ５１８ｄで、インバータ制御モードは、制御パネルによって受け取られた特定のセンサ読取りに応じて、ＶＳＤ１０４および電動機１０６に最適動作設定を提供するために、制御パネル、マイクロプロセッサ、または制御装置から受け取られた指令から電動機の速度を制御することに戻され、直流リンクは、再び整流器制御ユニット４０２によって制御される。最後にステップ５１８ｅで、圧縮機は機械的に負荷がかけられる。次いで、本システムはステップ５０４で正常動作を再開する。
【００３８】
図５Ｂを参照すると、ここではライドスルー手順に関する好ましい実施形態が説明される。本発明のこの態様では、ブースト整流器は、全ライドスルー期間中、有効にされた状態に留まり、電動機１０６からのエネルギーの回生と共に、電流を直流リンク２０２のコンデンサに供給する。この別法による方法の最初のステップ５０２から５０６は、上述された図５Ａおよび６で例示されたものと同じである。本発明の別法による方法では、ステップ５０６で、ＶＤＣがＶＴＨ１よりも小さければ、本システムはステップ６０８に進み、さもなければ、本システムはステップ５０４に戻る。１つの実施例として、公称直流リンク電圧が、ＶＳＴＰ１＝９５０Ｖであれば、ＶＴＨ１は９００Ｖとして選択されうる。ステップ５０８、５１６、および５１８は、以下に説明されるように、ステップ６０８、６１６、および６１８によって置き換えられる。
【００３９】
ステップ５０８ａ、５１０ａ、６０８ａ、および５１０ｃは、図１０に示されたステップ６０８で実行される。ステップ５０８ａで、圧縮機制御ユニット４０６は、上述された様態と同じ様態で圧縮機を機械的にアンロードする。ステップ５１０ａで、インバータ制御ユニット４０４は、直流リンク電圧ＶＤＣを値ＶＳＴＰＴ２に調整し始め、制御パネルによって受け取られた特定のセンサ読取りに応じて、ＶＳＤ１０４および電動機１０６に最適動作設定を提供する、制御パネル、マイクロプロセッサ、または制御装置から受け取られた指令を無視することによって、圧縮機電動機１０６の速度調整を中断する。ＶＳＴＰ２に選択された値は、ＶＴＨ１に選択された値よりも低い。１つの実施例として、ＶＴＨ１が９００Ｖであれば、ＶＳＴＰ２は８５０Ｖである。ステップ６０８ａで、ブースト整流器は、図７に記載された方法とは異なり、電流限界内で動作して直流リンクを値ＶＳＴＰＴ１に調整しようとし続ける。ステップ５０８ａ、５１０ａ、および５１０ｃは、ステップ６０８で共にまたは順次に実行可能であり、図１０で示された順番は、例示目的のためにすぎない。
【００４０】
ステップ５１０ａで、インバータは、直流リンク電圧を所定の値ＶＳＴＰＴ２に調整するために整流器として動作している。直流リンク電圧は、整流器／コンバータを通じて伝達されたエネルギーと、電動機１０６および圧縮機３０２を備える電気機械的負荷に蓄積されたエネルギーとの両方によって支えられる。この好ましい実施形態では、ステップ６０８ａで、ブースト整流器はその電流限界で能動状態に留まり、同様に直流リンク電圧を調整しようとしているが、それをＶＳＴＰＴ１のより高い設定点に調整しようとしている。電流限界内での動作は、ブースト整流器が、その出力でＶＳＴＰＴ１を実際に実現できないようにする。入力交流電圧が十分な大きさに上昇するとき、能動整流器は、ＶＳＴＰＴ１が実現されうるのに十分なエネルギーを供給することができる。換言すれば、ブースト整流器の電圧制御ループは、電流限界内で動作しているときに飽和されるが（それは、ブースト整流器およびインバータの両方が、閉ループで動作して直流リンク電圧の制御を試みるとき、システムの不安定さを防止する）、電力は入力交流電線から直流リンクへ流れ続ける。したがって、電力は、コンバータを介して入力電圧源と、インバータを介して負荷の両方から、直流リンク段に供給され、電圧サグ中に最大エネルギーが保持されることを可能にし、よって本システムのライドスルー能力を最大化する。別法の方法は、ステップ６１６に到達するまで、図５Ａで上に説明され、かつ図５Ｂでも示されたように、ステップ５１２に進む。ステップ６１６で、直流リンク電圧ＶＤＣはＶＴＨ１制限と比較され、フェーズ２の動作までループを戻り続けるか、それともステップ６１８でライドスルー動作を終了するか否かが決定される。ＶＤＣがＶＴＨ１よりも大きければ、能動整流器はもはや電流限界内で動作中ではなく、それは、入力線電圧が定格線電圧の所定の百分率の範囲内に回復し終えて、インバータ制御ユニットが、制御パネルによって受け取られた特定のセンサ読取りに応じて、ＶＳＤ１０４および電動機１０６に最適動作設定を提供する、制御パネル、マイクロプロセッサ、または制御装置から受け取られた指令に従って、電動機１０６の速度を制御することに再び戻ったことを示す。ステップ６１８で、圧縮機３０２は機械的に負荷が掛けられる。次いで、本システムは、ステップ５０４で正常動作を再開する。
【００４１】
制御アルゴリズムが、１つまたは複数のコンピュータプログラムで具体化され、かつＶＳＤ１０４の中に配置されたマイクロプロセッサによって実行されることが推奨されるが、制御アルゴリズムは、デジタルおよび／またはアナログハードウェアを使用して、当業者によって実施および実行されることが理解されるべきである。ハードウェアを使用して制御アルゴリズムを実行する場合には、ＶＳＤ１０４の対応する構成は、必要な構成要素を組み込むために、かつもはや不要である任意の構成要素を除去するために変更可能である。
【００４２】
本発明に係るさらに別の方法では、ＶＳＤ１０４のコンバータ２０２は、受動整流器、すなわち、直流リンク段のために交流入力電力を直流電力に変換するダイオードまたはサイリスタ整流器でも良い。受動整流器／コンバータ２０２を使用する方法は、能動整流器／コンバータの方法よりも少ないライドスルー能力を提供するが、冷媒負荷の除去および電動機／圧縮機負荷から直流リンク２０４へのエネルギー回生の結果として、依然としてライドスルーの向上が実現される。受動整流器が使用されるとき、図５に説明された方法が実施され、ライドスルーはステップ５０８で効果的に始まり、そのステップでは、直流リンク電圧が閾電圧ＶＴＨ１未満に減衰している。図７のステップ５０８ｂおよび図９のステップ５１８ｂで、能動整流器ではなく、受動整流器に向けて対処される。この場合には、直流リンク電圧が、入力コンバータを通じてＶＳＴＰ１のような特定の設定点に制御されることは不可能であるが、直流リンク電圧の大きさは、入力交流線電圧の受動整流の関数である。この場合に、ＶＴＨ１の大きさは、本システムの動作入力電圧域にわたって、入力線電圧の整流から得られる最小予測直流電圧よりも低いレベルにあるように選択される。ＶＳＴＰＴ２はＶＴＨ１よりも小さくなるように選択され、インバータ制御ユニット４０４は、電圧サグ中に直流リンク電圧ＶＤＣを値ＶＳＴＰＴ２に調整する。
【００４３】
再び図３を参照すると、圧縮機３０２の機械的にアンローディングを実現するために使用されうる様々な装置が存在する。予回転羽根３０３が、遠心圧縮機のみに適用されることを示すために破線によって示される。予回転羽根３０３は、遠心圧縮機３０２の中の圧縮機入口に結合される。予回転羽根３０３は、圧縮機３０２の負荷を変更するために動作可能である。高速アクチュエータ（図示せず）を使用して、電力サグに応答して予回転羽根３０３を急速に閉じることが好ましい。同様に、圧縮機がスクリュー圧縮機の場合では、すべり弁３０３を使用して、予回転羽根３０３が遠心圧縮機配置で行うように負荷を変更することができる。すべり弁３０３は、スクリュー圧縮機のみに適用されることを示すために破線によって示される。本システムが電圧サグに迅速応答することを可能にするために、すべり弁３０３用の高速アクチュエータも推奨される。電圧サグが生じるとき、圧縮機の機械的アンロードは予回転羽根３０３を閉成することによって達成される。
【００４４】
また図３は、圧縮機の吐出ライン３０７の中に挿入された逆止め弁３０５も例示する。別法として、逆止め弁３０５は、圧縮機３０２の吸込みライン３０１の中に挿入されてもよい。逆止め弁３０５の動作は、圧縮機を機械的にアンロードするために冷却機制御システムが動作する必要をいずれも排除し、すなわち、逆止め弁３０５は、高速アクチュエータ、例えば、スクリュー圧縮機におけるすべり弁３０３、または遠心圧縮機における予回転羽根３０３に対する必要を排除する。また逆止め弁３０５は、圧縮機３０２の機械的アンローディング時間を最小化する。別法の実施形態では、逆止め弁３０５が省略されてもよいが、予回転羽根またはすべり弁３０３は圧縮機３０２の機械的にアンローディングするために使用される。逆止め弁３０５は、単独で使用されてもよいし、他の種類の機械的アンローディング装置の１つと組み合わせて使用されてもよい。
【００４５】
圧縮機の機械的高速アンローディングは、本システムが通常では圧縮機サージすれすれで動作しているので、遠心圧縮機用途に特に有利である。圧縮機サージは、冷却機システムにおける冷媒の流れが遠心羽根車に向かって方向を逆転するときに生じる。圧縮機３０２がサージ点でまたはその付近で動作中である場合に、圧縮機動作速度の低下は、圧縮機３０２をサージ領域に入らせる。この動作速度の低下は、図５から１０に関して上述されたように、ライドスルーアルゴリズムに従って実現される。圧縮機３０２の吐出ラインの中に挿入された逆止め弁３０５が、冷媒気体の逆流を防止し、したがって圧縮機３０２のサージ状態を防止する。吐出ラインの加圧冷媒気体が逆流によって即座に圧力を均等化し始めるので、逆止め弁３０５は、羽根車の回転速度が低下するときに閉じる。同時に、この弁の閉成が圧縮機システムをアンロードし、よって回転システムのエネルギーの蓄積を最大化し、本システムのライドスルー能力を拡大する。
【００４６】
入力交流電力１０２が公称電圧に回復するとき、圧縮機羽根車の毎分回転数は定格動作毎分回転数に回復する。次いで、圧縮機吐出ライン３０７の圧力が制御されて定格レベルに戻され、逆止め弁３０５を強制的に開放し、本システムの機械的負荷は、電圧サグ前の値に回復する。
【００４７】
本発明のシステムおよび方法は、電圧サグ状態を監視しかつそれに対応するために電動機速度を感知する必要がなく、それは本システムの費用を削減し、その信頼性を向上させる。制御は、直流リンク電圧、入力交流線電圧、入力電流、および電動機電流を感知することによって実現される。
【００４８】
好ましい実施形態を参照して本発明が説明されたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が実施可能であり、かつ均等物が本発明の要素に置換可能であることが当業者には理解されよう。さらには、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために多くの変更が実施可能である。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲内の実施形態を包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一般的なシステム構成を模式的に例示する図である。
【図２】本発明で使用された可変速駆動装置の１つの実施形態を模式的に例示する図である。
【図３】本発明に使用されうる冷凍システムを模式的に例示する図である。
【図４】本発明の簡素化されたブロック図を例示する図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態の流れ図を例示する図である。
【図５Ｂ】本発明の好ましい実施形態の流れ図を例示する図である。
【図６】図５Ａに示された流れ図の一部を例示する図である。
【図７】図５Ａに示された流れ図の一部を例示する図である。
【図８】図５Ａに示された流れ図の一部を例示する図である。
【図９】図５Ａに示された流れ図の一部を例示する図である。
【図１０】図５Ｂの流れ図の一部を例示する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年7月3日(2008.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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