Изобретение относится к устройству для преобразования энергии и к кондиционеру с использованием этого устройства, а более конкретно, к устройству для преобразования энергии для выпрямления и сглаживания напряжения переменного тока, поступающего с источника питания переменного тока, преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, обратного преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока и подачи полученного напряжения переменного тока на нагрузку, и к кондиционеру с использованием этого устройства.
Предшествующий уровень техники
Известно устройство для преобразования энергии с большой пропускной способностью для преобразования напряжения переменного тока, подаваемого с источника питания переменного тока, в напряжение постоянного тока, дальнейшего преобразования напряжения постоянного тока в напряжение с широкоимпульсной модуляцией (ШИМ) и подачи напряжения с широкоимпульсной модуляцией на нагрузку.
Например, в качестве устройства для преобразования энергии 400 Вт в 5 кВт имеется устройство для преобразования энергии с пассивным фильтром, в котором катушка индуктивности соединена с линией подачи питания переменного тока, а напряжение переменного тока, получаемое через катушку индуктивности, выпрямляется с помощью схемы удвоения/выпрямления, чтобы увеличить коэффициент мощности и уменьшить гармоники источника питания (искажение формы волны источника питания).
Фиг. 17 представляет собой блок-схему, демонстрирующую устройство в виде инвертора, используемое в кондиционере, с использованием напряжения питания переменного тока в классе 100B, то есть традиционное устройство для преобразования энергии с пассивным фильтром для контроля работоспособности приводного двигателя в цикле охлаждения.
Как показано на фиг. 17, одна клемма катушки индуктивности Lin подключена к одной клемме источника питания переменного тока Vin.
Другая клемма катушки индуктивности Lin подключена к точке соединения между последовательно подключенными диодами DH и DL.
Последовательная схема, состоящая из диодов DH и DL, параллельно подключена к последовательной схеме, состоящей из диодов D1 и D2 и последовательной схемы из конденсаторов CH и CL.
Другая клемма источника питания переменного тока Vin подключена к точке подключения D1 и D2 и к точке подключения конденсаторов CH и CL, называемых конденсаторами удвоения напряжения.
Конденсатор сглаживания CD подключен между двумя клеммами последовательной схемы, состоящей из конденсаторов CH и CL.
Напряжение от сглаживающего конденсатора CD подается на инвертор 50.
Когда инвертор 50 подключен к нагрузке, примерно 1,8 кВт, используются катушка индуктивности Lin, имеющая индуктивность 6,2 мГн, конденсаторы удвоения напряжения CL и CH, каждый из которых имеет емкость 360 пкФ, и сглаживающий конденсатор CD, имеющий емкость 1,600 мкФ.
В положительной половине цикла переменного тока Vin источника питания конденсатор CH заряжается через диод DH; в отрицательной половине цикла конденсатор CL заряжается через диод DL.
Сумма напряжений заряда конденсатора CH и напряжений заряда конденсатора CL подается на сглаживающий конденсатор CD, и таким образом, напряжение, в два раза превосходящее напряжение источника питания переменного тока, подается на инвертор 50.
Диод D1 образует схему разряда, чтобы не зарядить конденсатор CH в начале зарядки зарядом с противоположным знаком.
Диод D2 образует схему разряда, чтобы не зарядить конденсатор CL в начале зарядки зарядом с противоположным знаком.
Диоды DH, DL, D1 и D2, конденсаторы удвоения напряжения CH и CL и сглаживающий конденсатор CD, показанный на фиг. 17, составляют схему преобразования (будет описана позже) в соответствии с настоящим изобретением. Инвертор 50 представляет собой схему инвертирования (будет описана позже) в соответствии с настоящим изобретением.
То есть эта схема преобразования включает в себя схему 45 удвоения/выпрямления напряжения и конденсаторы CH и CL удвоения напряжения.
Когда приводной двигатель компрессора (не показан), служащий в качестве нагрузки, приводится в действие с помощью традиционного устройства преобразования энергии, в источнике питания генерируется напряжение, гармоники которого показаны на фиг. 18.
На фиг. 18 показан ток I (Lin) вместе с током I (МЭК) в стандарте класса E МЭК (Международная электротехническая комиссия). Если сравнить ток I (Lin) с током I (МЭК), то третья гармоника I (Lin) превышает соответствующую гармонику I (МЭК).
Третья гармоника может быть уменьшена при использовании катушки индуктивности, имеющей меньшую индуктивность. В этом случае, однако, данное устройство становится громоздким.
В устройстве для преобразования энергии, показанном на фиг. 17, коэффициент мощности источника питания относительно низок и составляет, примерно, 93%. При возрастании нагрузки входной переменный ток может увеличиваться, и величина тока может достигать заранее определенной ограниченной величины. По этой причине скорость вращения и подобные ей параметры приводного двигателя компрессора (не показан), служащего в качестве нагрузки, часто ограничены.
На фиг. 19 представлена блок-схема, показывающая устройство, представляющее собой инвертор, используемый в кондиционере с напряжением источника питания переменного тока класса 200B, то есть это устройство для преобразования энергии с пассивным фильтром для контроля характеристик приводного двигателя в цикле охлаждения.
Как показано на фиг. 19, последовательная цепь, состоящая из диодов D3 и D4, параллельно подключенных между двумя клеммами последовательной цепи, состоящей из диодов D1 и D2, образует известную двухполупериодную схему 40 выпрямителя.
Одна клемма источника питания переменного тока Vin подключена к точке подключения между диодами D1 и D2, в то время как другая клемма подключена к точке подключения между диодами D3 и D4.
Конденсатор CP для повышения коэффициента мощности подключен между двумя клеммами последовательно подключенной диодной схемы, а сглаживающий конденсатор CD также подключен между ними через катушку индуктивности Lin и диод DB предотвращения обратного тока.
Напряжение на конденсаторе CD сглаживания подается на инвертор 50.
Двухполупериодная схема выпрямителя 40 из диодов D1, D2, D3 и D4 и конденсатор CD сглаживания, показанный на фиг. 19, составляют преобразующую цепь (будет описана позднее) в соответствии с настоящим изобретением. Инвертор 50 составляет инверсионную цепь (будет описана позднее) в соответствии с настоящим изобретением.
То есть эта преобразующая цепь включает двухполупериодную схему выпрямителя 40 и сглаживающий конденсатор CD.
На фиг. 20 показаны формы волны напряжения и тока одного цикла в устройстве для преобразования энергии, показанном на фиг. 19.
Тем не менее здесь коэффициент мощности ниже, чем у источника питания в классе 100B. Чтобы увеличить коэффициент мощности, должна использоваться катушка индуктивности, имеющая более высокую индуктивность, но это делает устройство громоздким.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение направлено на то, чтобы преодолеть вышеуказанные недостатки, и в основу настоящего изобретения положена задача создания устройства для преобразования энергии, способного увеличивать коэффициент мощности источника питания и обеспечивающее соответствие источника питания по гармоникам стандартам МЭК или приближение к ним.
Другой задачей настоящего изобретения является предложение кондиционера с использованием устройства для преобразования энергии, способного увеличить коэффициент мощности источника питания и обеспечить соответствие источника питания по гармоникам стандартам МЭК или приблизить к ним.
Чтобы решить вышеуказанные задачи в соответствии с первой особенностью настоящего изобретения, предлагается устройство для преобразования энергии, отличающееся тем, что содержит:
цепь преобразования для выпрямления и сглаживания напряжения переменного тока, подаваемого с источника питания переменного тока, и преобразование напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока,
цепь инвертирования для преобразования напряжения постоянного тока, преобразованное цепью преобразования в напряжение переменного тока, и подачи напряжения переменного тока на нагрузку,
катушку индуктивности, последовательно подключенную к источнику питания переменного тока в цепи преобразования, причем катушка индуктивности имеет индуктивность от 4 до 20 мГн,
бустер для форсированного короткого замыкания источника питания переменного тока через катушку индуктивности,
контроллер для управления временем короткого замыкания источника питания переменного тока с помощью бустера в пределах диапазона от 1,5 до 3,5 мсек, чтобы оптимизировать коэффициент мощности источника питания переменного тока.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии со второй особенностью настоящего изобретения предлагается устройство для преобразования энергии, определенное в соответствии с первой особенностью, отличающееся тем, что когда напряжение источника питания переменного тока находится в классе 100B, индуктивность катушки индуктивности составляет от 4 до 8 мГн, цепь преобразования включает схему удвоения/выпрямления напряжения и конденсатор удвоения напряжения, имеющий емкость от 600 до 1000 мкФ, и входная мощность составляет не более 2000 Вт, контроллер управляет временем короткого замыкания источника питания переменного тока в пределах диапазона от 1,5 до 3,5 мс.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с третьей особенностью настоящего изобретения предлагается устройство для преобразования энергии, определенное в соответствии с первой особенностью настоящего изобретения, отличающееся тем, что, когда напряжение, источника питания переменного тока находится в классе 200B, индуктивность катушки индуктивности составляет от 8 до 20 мГн, цепь преобразования включает двухполупериодную схему выпрямителя и конденсатор сглаживания, имеющий емкость от 1400 до 1800 мкФ, а входная мощность составляет не более 2000. Вт, контроллер управляет временем короткого замыкания источника питания переменного тока в диапазоне от 1,5 до 3,5 мс.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с четвертой особенностью настоящего изобретения предлагается устройство для преобразования энергии, определенное в соответствии с первой особенностью, отличающееся тем, что когда напряжение источника питания переменного тока находится в классе 200B или 230B, а входная мощность составляет от 2000 до 4000 Вт, то катушка индуктивности имеет индуктивность от 14 до 20 мГн.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с пятой особенностью настоящего изобретения предлагается устройство для преобразования энергии, определенное в соответствии с четвертой особенностью, отличающееся тем, что катушка индуктивности имеет индуктивность 16 мГн, а контроллер управляет временем короткого замыкания источника питания переменного тока в диапазоне, примерно, от 2,0 до 2,5 мс для входной мощности 2000 Вт, в диапазоне, примерно, от 3,0 до 3,5 мс для входной мощности 4000 Вт и только для времени, полученного путем линейной интерполяции времени короткого замыкания для промежуточной входной мощности от 2000 до 4000 Вт.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с шестой особенностью настоящего изобретения предлагается устройство для преобразования энергии, определенное в соответствии с первой особенностью, отличающееся тем, что катушка индуктивности включает множество катушек индуктивности, в основном одинаковых, по меньшей мере, по одному из параметров, а именно форме, индуктивности и собственной частоте, чтобы достичь заранее определенной общей индуктивности при последовательном соединении.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с седьмой особенностью настоящего изобретения предлагается устройство для преобразования энергии, определенное в соответствии с шестой особенностью, отличающееся тем, что когда источник питания переменного тока находится в классе 200B, а входная мощность составляет от 2000 до 4000 Вт, множество катушек индуктивности имеет общую индуктивность от 14 до 20 мГн.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с восьмой особенностью настоящего изобретения предлагается устройство для преобразования энергии, определенное в соответствии с шестой особенностью, отличающееся тем, что катушка индуктивности включает первую и вторую катушки индуктивности, в основном, равные по индуктивности и собственной частоте, причем первая катушка индуктивности соединена с одним контуром источника питания для подключения цепи преобразования к источнику питания переменного тока, а вторая катушка индуктивности подключена к другому контуру источника питания для подключения цепи преобразования к источнику питания переменного тока.
Чтобы решить вышеуказанные задачи в соответствии, с девятой особенностью настоящего изобретения предлагается устройство для преобразования энергии, определенное в соответствии с седьмой особенностью, отличающееся тем, что катушка индуктивности включает первую и вторую катушки индуктивности, в основном, равные по индуктивности и собственной частоте, причем первая катушка индуктивности подключена к одному контуру источника питания для подключения цепи преобразования к источнику питания переменного тока, а вторая катушка индуктивности подключена к другому контуру источника питания для подключения цепи преобразования к источнику питания переменного тока.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с 10-ой особенностью настоящего изобретения предлагается устройство для преобразования энергии, выполненное в соответствии с любой из особенностей с первой по девятую, отличающееся тем, что после того, как бустер осуществляет короткое замыкание источника питания переменного тока на заранее определенное время, бустер осуществляет короткое замыкание источника питания переменного тока повторно на время, меньшее заранее определенного.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с 11-ой особенностью настоящего изобретения предлагается кондиционер, отличающийся приводом компрессора для формирования цикла охлаждения с помощью устройства для преобразования энергии, выполненного в соответствии с любой особенностью, с первой по девятую.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с 12-ой особенностью настоящего изобретения предлагается кондиционер, выполненный в соответствии с 11-ой особенностью, отличающийся тем, что компрессор прекращает работу после того, как операция осуществления короткого замыкания бустером оканчивается.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с 13-ой особенностью настоящего изобретения предлагается кондиционер, выполненный в соответствии с 11-ой особенностью, отличающийся тем, что этот кондиционер включает средство обнаружения тока, предназначенное для обнаружения входного тока, подаваемого с источника питания переменного тока, контроллер уменьшает частоту источника питания для привода компрессора, когда входной ток, обнаруживаемый с помощью средства обнаружения тока, превышает заранее определенную ограничивающую величину, а интервал, в течение которого частота удерживается постоянной при использовании ограничивающей величины в качестве верхнего ограничения, устанавливается на стороне, имеющей ток, меньший ограничивающей величины.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с 14-ой особенностью настоящего изобретения предлагается кондиционер, определенный в соответствии с 12-ой особенностью, отличающийся тем, что этот кондиционер включает средство обнаружения тока, предназначенное для обнаружения входного тока, подаваемого с источника питания переменного тока, контроллер уменьшает частоту источника питания для включения компрессора, когда входной ток, обнаруживаемый средством обнаружения тока, превышает заранее определенную ограниченную величину, а интервал, в течение которого частота удерживается постоянной с помощью ограничивающей величины в качестве верхнего ограничения, устанавливается на стороне, имеющей ток, меньший ограниченной величины.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с 15-ой особенностью настоящего изобретения предлагается кондиционер, определяемый в соответствии с 13-ой особенностью, который отличается тем, что нижний предел интервала, в течение которого частота удерживается постоянной, служит в качестве момента включения и выключения непрерывного контроля частоты.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с 16-ой особенностью настоящего изобретения, предлагается кондиционер, определенный в соответствии с 14-ой особенность, отличающийся тем, что нижний предел интервала, на котором частота удерживается постоянной, служит в качестве момента включения и выключения непрерывного контроля частоты.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с 17-ой особенностью настоящего изобретения предлагается кондиционер, отличающийся приводом компрессора для формирования цикла охлаждения с помощью устройства для преобразования энергии, определенного в соответствии с 10-ой особенностью настоящего изобретения.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с 18-ой особенностью настоящего изобретения предлагается кондиционер, определенный в соответствии с 17-ой особенностью, отличающийся тем, что компрессор прекращает работу после того, как короткое замыкание бустером завершается.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с 19-ой особенностью настоящего изобретения предлагается кондиционер, определенный в соответствии с 17-ой особенностью, отличающийся тем, что этот кондиционер включает средство обнаружения тока, предназначенное для обнаружения входного тока, подаваемого с источника питания переменного тока, контроллер уменьшает частоту источника питания для привода компрессора, когда входной ток, обнаруженный средством обнаружения тока, превышает заранее определенную ограничивающую величину, а интервал, в течение которого частота удерживается постоянной при использовании ограничивающей величины как верхнего ограничения, установлен на стороне, имеющей ток, меньший ограничивающей величины.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с 20-ой особенностью настоящего изобретения предлагается кондиционер, определенный в соответствии с 18-ой особенностью, отличающийся тем, что этот кондиционер включает средство обнаружения тока, предназначенное для обнаружения входного тока, подаваемого с источника питания переменного тока, контроллер уменьшает частоту источника питания для привода компрессора, когда входной ток, обнаруженный средством обнаружения тока, превышает заранее определенную ограничивающую величину, а интервал, в течение которого частота удерживается постоянной при использовании ограничивающей величины как верхнего ограничения, установлен на стороне, имеющей ток, меньший ограничивающей величины.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с 21-ой особенностью настоящего изобретения предлагается кондиционер, определенный в соответствии с 19-ой особенностью, отличающийся тем, что нижний предел интервала, в течение которого частота удерживается постоянной, служит в качестве момента включения и выключения непрерывного контроля частоты.
Чтобы решить вышеуказанные задачи, в соответствии с 22-ой особенностью настоящего изобретения предлагается кондиционер, определенный в соответствии с 20-ой особенностью, отличающийся тем, что нижний предел интервала, в течение которого частота удерживается постоянной, служит в качестве момента включения и выключения непрерывного контроля частоты.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет блок-схему, демонстрирующую первый вариант выполнения устройства для преобразования энергии в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 2 представляет график формы волны напряжения и тока для объяснения работы первого варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 3 представляет график, демонстрирующий зависимость между индуктивностью катушки индуктивности и коэффициентом мощности для объяснения работы первого варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 4 представляет блок-схему, демонстрирующую второй вариант выполнения устройства для преобразования энергии в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 5 представляет график, демонстрирующий зависимость между временем и током для объяснения работы второго варианта выполнения настоящего изобретения;
фиг. 6 представляет график, демонстрирующий зависимость между временем и током для объяснения работы второго варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 7 представляет график, демонстрирующий зависимость между индуктивностью катушки индуктивности и коэффициентом мощности для объяснения работы второго варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 8 представляет таблицу, демонстрирующую зависимость между входной мощностью, шириной импульса повышения напряжения и коэффициентом мощности для объяснения работы второго варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 9 представляет график, демонстрирующий зависимость между входной мощностью и шириной импульса повышения напряжения для объяснения работы второго варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 10 представляет график, демонстрирующий зависимость между входной мощностью, напряжением постоянного тока и коэффициентом мощности для объяснения работы второго варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 11 представляет форму сигнала, демонстрирующую изменения входного тока в зависимости от напряжения источника питания для объяснения операции второго варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 12 представляет график, демонстрирующий зависимость между результатами анализа гармоники традиционного устройства и второго варианта выполнения настоящего изобретения, величину релаксации, принятую в Японии, ограничивающую величину в классе А МЭК для объяснения работы второго варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 13A и 13B представляют блок-схемы, демонстрирующие третий вариант выполнения устройства для преобразования энергии в соответствии с настоящим изобретением и соответственно график формы волны импульса управления повышением коэффициента мощности;
фиг. 14A и 14B представляют блок-схемы, демонстрирующие четвертый вариант выполнения устройства для преобразования энергии в соответствии с настоящим изобретением и, соответственно, график формы волны импульса управления повышением коэффициента мощности;
фиг. 15 представляет блок-схему, демонстрирующую вариант выполнения кондиционера с использованием устройства для преобразования энергии в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения для привода компрессора в цикле охлаждения;
фиг. 16A представляет иллюстрацию для объяснения управления ограничением тока в обычном кондиционере;
фиг. 16B представляет иллюстрацию для объяснения управления ограничением тока в варианте выполнения кондиционера в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 17 представляет блок-схему, демонстрирующую обычное устройство для преобразования энергии, используемое в кондиционере;
фиг. 18 представляет график, демонстрирующий генерирование гармоники источника питания после привода компрессора, показанного на фиг. 17, вместе со стандартом класса E МЭК (Международная электротехническая комиссия);
фиг. 19 представляет блок-схему, демонстрирующую другое традиционное устройство для преобразования энергии, используемое в кондиционере;
фиг. 20 представляет график формы волны, демонстрирующий изменения входного тока в зависимости от напряжения источника питания после привода компрессора с использованием устройства для преобразования энергии, показанного на фиг. 19.
Пример наилучшего варианта выполнения настоящего изобретения
Предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения будут подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 представляет собой блок-схему, демонстрирующую первый вариант выполнения устройства для преобразования энергии в соответствии с настоящим изобретением.
Теми же позициями, что на фиг. 17, показывающей традиционное устройство, включающее цепь преобразования и цепь инвертирования в соответствии с настоящим изобретением, как описано выше, обозначены те же детали на фиг. 1, и их описание будет пропущено.
В первом варианте осуществления бустер 30 подключен между клеммой нагрузки катушки индуктивности Lin, подключенной к одной клемме источника питания переменного тока Vin, и другой клеммой источника питания переменного тока Vin.
Внешний контроллер 20, служащий в качестве блока управления, включающий блок микроконтроля (БМК), обнаруживает точку нулевого напряжения источника питания переменного тока Vin и управляет бустером 30 и инвертором 50.
Бустер 30 выполнен из четырех диодов с 301 по 304 с включением по мостовой схеме и одного биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ) 305.
Четыре диода с 301 по 304 составляют двухполупериодную схему выпрямителя. Входная клемма переменного тока двухполупериодной схемы выпрямителя подключена к катушке индуктивности Lin, а ее выходная клемма постоянного тока подключена к БТИЗ 305.
Когда выходной контроллер 20 включает БТИЗ 305, источник питания переменного тока Vin закорачивается через катушку индуктивности Lin, и его энергия хранится в катушке индуктивности Lin.
Когда выходной контроллер 20 выключает БТИЗ 305, энергия, хранимая в катушке индуктивности Lin, переходит на конденсаторы CH и CL удвоения напряжения.
В этом случае, когда источник питания закорочен в течение заранее определенного времени от точки нулевого напряжения, импульс тока возрастает, а коэффициент мощности повышается.
В первом варианте осуществления катушка индуктивности Lin имеет индуктивность 6 мГн, конденсаторы CH и CL удвоения напряжения имеют емкость 1000 мкФ, а сглаживающий конденсатор CD имеет емкость 1600 АмкФ.
Фиг. 2 представляет собой график формы волны, демонстрирующий форму волны 73 тока, соответствующую форме волны 71 напряжения после закорачивания источника питания для повышения коэффициента мощности, вместе с формой волны 72 тока, когда бустера нет.
При этом предполагается, что напряжение переменного тока источника питания переменного тока Vin имеет синусоидальную форму волны. Импульс 81 повышения напряжения подается в течение заранее определенного времени (далее оно будет называться временем короткого замыкания) X от точки нулевого значения напряжения (или по прошествии данного времени задержки), таким образом осуществляя короткое замыкание источника питания переменного тока Vin через катушку индуктивности Lin.
Ток не может иметь совершенную синусоидальную форму волны, но может протекать даже в фазовом интервале сразу после точки нулевого значения напряжения, при которой в традиционном устройстве ток не протекает.
В результате этого угол прохождения тока источника питания расширяется от 110o до 160o, а использование тока источника питания эффективно возрастает, давая в результате более высокий коэффициент мощности.
Время короткого замыкания правильно выбирается в соответствии с нагрузкой или входной мощностью, чтобы выпрямить форму волны тока. Как будет описано позднее, время короткого замыкания составляет, примерно, 2 мс для входной мощности 1000 Вт и, примерно, 3,3 мс для входной мощности 4000 Вт. Для промежуточной входной мощности время короткого замыкания устанавливается равным величине, получаемой путем интерполяции этих отрезков времени.
Короткое замыкание источника питания с помощью импульса 81 повышения напряжения заставляет катушку индуктивности генерировать неприятные звуковые помехи. Чтобы уменьшить эти помехи, импульс 82 уменьшения помех подается на бустер 30 вслед за импульсом 81 повышения напряжения.
На фиг. 3 показаны изменения коэффициента мощности после последовательного включения катушек индуктивности, имеющих различную индуктивность для входной мощности 2000 Вт.
На фиг. 3 коэффициент мощности меняется, приблизительно, до 94% для индуктивности 1 мГн, 98% для 4 мГн, 99% для 6 мГн и, примерно, 98,5% для 8 мГн. Коэффициент мощности максимален при индуктивности 6 мГн.
На основе экспериментальных результатов было определено, что получение коэффициента мощности 98% или более для входной мощности, например, 2000 Вт требует катушку индуктивности с индуктивностью 4 мГн или более. Чтобы максимально увеличить угол коэффициента мощности, несомненно используется катушка индуктивности, имеющая индуктивность 6 мГн.
Тем не менее для выпрямления напряжения источника питания переменного тока в классе 100B с помощью схемы удвоения/выпрямления напряжения, сглаживания напряжения с помощью сглаживающего конденсатора, имеющего емкость, примерно, 1600 пкФ, и поддержания коэффициента мощности источника питания, примерно, на уровне 98% или более для входной мощности 2000 Вт или менее, должен использоваться конденсатор удвоения напряжения, имеющий емкость от 600 до 1400 пкФ, а время короткого замыкания должно составлять 1,5-3,5 мс.
Когда принимаются эти постоянные для схем, гармоника источника питания подтверждается расчетами, чтобы соответствовать ограничивающей величине класса E МЭК, но они будут пропущены.
В соответствии с первым вариантом выполнения может быть получено устройство для преобразования энергии, способное увеличивать коэффициент мощности источника питания и обеспечивать соответствие гармоник источника питания стандартам МЭК.
Фиг. 4 представляет собой блок-схему, демонстрирующую второй вариант выполнения устройства для преобразования энергии в соответствии с настоящим изобретением.
Во втором варианте выполнения напряжение источника питания переменного тока находится в классе 200B. Такие же позиции, как на фиг. 17, показывающие традиционное устройство, обозначают те же части на фиг. 4 и их описание будет пропущено.
Во втором варианте выполнения, аналогичном случаю с напряжением источника питания переменного тока в классе 100B, катушка индуктивности подключается между источником питания переменного тока Vin и клеммой переменного тока двухполупериодной схемы выпрямителя, выполненной из диодов с 301 по 304 с включением по мостовой схеме.
Входная клемма переменного тока бустера 30 подключена к клемме нагрузки катушки индуктивности Lin, а его выходная клемма постоянного тока подключена к БТИЗ 305.
Внешний контроллер 20, включающий блок микроконтроллера БМК, обнаруживает точку нулевого значения источника питания переменного тока Vin и контролирует БТИЗ 305 бустера 30 и инвертора 50.
Устройство для преобразования энергии, показанное на фиг. 4, обеспечивает подключение большой нагрузки, то есть большой входной мощности.
На фиг. 5 представлено моделирование результатов соотношения между временем и током.
После включения бустера 30 пиковая величина тока возрастает наряду с возрастанием входной мощности, напряжение источника питания удваивается, и ток имеет крутой градиент волны.
Коэффициент мощности в этом случае составляет 94%, что выше верхнего предела 90% в традиционном устройстве, но все еще низок.
По этой причине, когда величина индуктивности катушки индуктивности Lin индуктивности изменяется, соотношение между временем и током моделируется и экспериментально подтверждается для получения результатов, показанных на фиг. 6.
Более конкретно, когда величина катушки индуктивности Lin последовательно меняется на L1<L2<L3, пиковая величина тока и скорость изменения времени уменьшается. В то же время проводимость последовательно увеличивается до T1<T2<T3, и, таким образом, возрастает коэффициент мощности.
На фиг. 7 показаны результаты измерения с помощью нескольких катушек индуктивности, имеющих различную индуктивность, то есть отношения между индуктивностью катушки индуктивности Lin и коэффициентом мощности при изменении входной мощности как параметра.
На фиг. 7 для входной мощности 2000 Вт коэффициент мощности измеряется для типичных величин индуктивности от 6 мГн до 20 мГн в катушке индуктивности Lin, и подтверждает свое изменение, примерно, от 92,4% до 98,8% и достигает максимального коэффициента мощности 99% при индуктивности 16 мГн в катушке индуктивности Lin.
Для получения коэффициента мощности 98% или более катушка индуктивности Lin должна иметь индуктивность от 14 мГн до 20 мГн.
Для входной мощности 3000 Вт коэффициент мощности измеряется при типичных величинах индуктивности от 6 мГн до 20 мГн в катушке индуктивности Lin и подтверждается его изменение, примерно, от 88,5% до 98,8%. С помощью катушки индуктивности Lin, имеющей индуктивность от 14 до 20, коэффициент мощности может удерживаться на уровне 98% или более.
Тем не менее, чтобы выпрямить напряжение источника питания переменного тока в классе 200B с помощью двухполупериодной схемы выпрямителя, сгладить напряжение с помощью конденсатора сглаживания, имеющего емкость 1600 мкФ (или от 1400 до 1800 мкФ), и поддерживать коэффициент мощности источника питания на уровне 98% или более для входной мощности от 2000 Вт до 4000 Вт, должна использоваться катушка индуктивности, имеющая индуктивность от 14 до 20 мГн, а время короткого замыкания должно быть установлено, примерно, на 2,0-2,5 мс для входной мощности 2000 Вт и на 3-3,5 мс для входной мощности 4000 Вт.
Фиг. 8 представляет собой таблицу, демонстрирующую соотношения импульсов повышения напряжения (время короткого замыкания) X, напряжением постоянного тока и коэффициентом мощности для типичных величин входной мощности от 1,086 Вт до 2,67 Вт, в то время как индуктивность катушки индуктивности Lin установлена на 16 мГн на основе приведенных выше экспериментальных результатов.
Входная мощность и ширина импульса повышения напряжения находятся в линейной зависимости, как показано на фиг. 9.
Если обозначить величиной X (мс) ширину импульса увеличения напряжения, а величиной Pin(BT) входную мощность, они удовлетворяют приблизительному уравнению:
X=0,0005 X Pin+1,41(1)
Это приблизительное выражение определяет импульс повышения напряжения для входной мощности 1000 Вт или менее или 3000 Вт или более.
Это приблизительное выражение экспериментально подтверждается для применения к напряжению источника питания в классе 100B. Например, ширина импульса повышения напряжения X составляет 2,41 мс для входной мощности 2000 Вт и 1,61 мс для входной мощности 400 Вт.
Практически, так как эти подсчитанные величины могут до определенной степени определять границу, ширина импульса повышения напряжения, примерно, от 1,5 до 3,5 мс принимается для входной мощности 2000 Вт или менее.
Фиг. 10 представляет собой график, демонстрирующий соотношение входной мощности, напряжения постоянного тока и коэффициента мощности в устройстве для преобразования энергии (источник питания в классе 200B) в соответствии со вторым вариантом осуществления, показанным на фиг. 4.
Как становится явным на основании фиг. 10, напряжение постоянного тока для максимального коэффициента мощности при каждой входной мощности удерживается, в основном, на уровне 260B.
Другими словами, максимальный коэффициент мощности может быть обеспечен путем контроля ширины импульса повышения напряжения X, чтобы поддерживать напряжение постоянного тока на уровне 260B.
Когда входная мощность уменьшается, коэффициент мощности уменьшается, так как расчет осуществляется при значении коэффициента мощности для входной мощности 2600 Вт. Следовательно, это может быть улучшено путем изменения постоянной катушки индуктивности.
Вышеуказанное описание касается второго варианта, показанного на фиг. 4, то есть соотношения между входной мощностью, шириной импульса повышения напряжения, напряжением постоянного тока и коэффициентом мощности, когда входное напряжение источника питания находится в классе 200B, двухполупериодная схема выпрямителя используется как секция преобразования, а сглаживающий конденсатор имеет емкость 1600 пкФ.
Гармоника источника питания во втором варианте осуществления будет объяснена.
Как показано на фиг. 11, когда напряжение источника питания переменного тока меняется в соответствии с синусоидальной формой волны, ток в традиционном устройстве для преобразования энергии, показанном на фиг. 17, резко возрастает в течение времени после заранее определенного времени от точки нулевого значения напряжения, затем ток временно уменьшается, возрастает до максимальной величины, уменьшается до 0 задолго до следующей точки нулевого значения напряжения и остается равным 0 до отрицательного значения тока в следующей половине цикла.
В сравнении с традиционным устройством во втором варианте осуществления, который позволяет достичь высокого коэффициента мощности путем применения бустера, ток увеличивается вблизи к точке нулевого значения напряжения, затем несколько уменьшается и становится равным 0 вблизи к следующей точке нулевого значения напряжения.
Формы волн тока, показанные на фиг. 11, соответствуют входной мощности 2500 Вт. Эти формы волны тока анализируются по ряду Фурье для получения результатов анализа гармоники, показанных на фиг. 12.
На фиг. 12 показаны результаты анализа гармоники для традиционного устройства и для второго варианта осуществления, для величины релаксации, принятой в Японии, и ограничительной величины в классе А МЭК для напряжения источника питания в классе 200B и входной мощности 2500 Вт.
Как становится ясным из фиг. 12, гармоника в обычном устройстве не соответствует даже величине релаксации, принятой в Японии.
Тем не менее гармоника во втором варианте выполнения значительно улучшается по сравнению с гармоникой в обычном устройстве и имеет границу, по меньшей мере, 44% или более по сравнению с величиной релаксации, принятой в Японии.
Анализируемая гармоника во втором варианте осуществления превышает ограничивающую величину по классу А МЭК, так как сам стандарт МЭК находится в процессе обсуждения, и, таким образом, гармоника не выполнена таким образом, чтобы соответствовать стандартам МЭК.
Гармоника тем не менее подтверждается расчетами на предмет соответствия ограничивающей величине в классе E МЭК при вышеуказанных постоянных схемах.
Фиг. 13A и 13B представляют собой соответственно блок-схему, демонстрирующую третий вариант выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением, и график импульса управления повышением коэффициента мощности.
Теми же позициями, что и на фиг. 4, обозначены соответствующие детали на фиг. 13A, и их описание будет опущено.
Если одна катушка индуктивности Lin, показанная на фиг. 4, имеет заранее определенную индуктивность, например, индуктивность от 14 до 20 мГн, устройство для преобразования энергии в соответствии с третьим вариантом осуществления возрастает в размере и весе и может генерировать высокочастотные помехи.
Использование катушки индуктивности, имеющей такую индуктивность, делает относительно сложным изготовление устройства для преобразования энергии, его эксплуатацию и уменьшение помех.
В третьем варианте выполнения, как показано на фиг. 13A, первая и вторая катушки индуктивности Lin1 и Lin2 имеют каждая индуктивность 7,5 мГн, а также, в основном, одинаковую форму и собственную частоту.
Использование двух последовательно соединенных катушек индуктивности Lin1 и Lin2 обеспечивает изготовление и эксплуатацию устройства для преобразования энергии.
Как показано на фиг. 13B, временная продолжительность t1 импульса 81 повышения напряжения определяется соответственно катушкой индуктивности, имеющей индуктивность 15 мГн.
Наоборот, как показано на фиг. 13B, временная продолжительность t2 импульса 82 сокращения помех определяется соответственно катушкой индуктивности, имеющей индуктивность 7, 5 мГн.
Следует отметить, что даже если любая из величин, а именно индуктивность, форма и собственная частота первой и второй катушек индуктивности Lin1 и Lin2 одинакова, а остальные величины различны, размер и вес устройства для преобразования энергии могут быть сокращены.
В этом случае, тем не менее, конструкция устройства ограничена, или продолжительность времени ±2 импульса 82 сокращения помех должна быть установлена на промежуточную величину, оптимальную для соответствующих катушек индуктивности. Соответственно помехи могут не быть эффективно уменьшены.
Первая и вторая катушки индуктивности Lin1 и Lin2, следовательно, имеют, преимущественно, одинаковую индуктивность, форму и собственную частоту.
Фиг. 14A и 14B представляют собой блок-схему, демонстрирующую четвертый вариант выполнения в соответствии с настоящим изобретением и соответственно график формы волны импульса контроля увеличения коэффициента мощности.
Теми же позициями, что и на фиг. 13A, обозначены соответствующие детали на фиг. 14A, и их описание будет опущено.
В четвертом варианте выполнения первая катушка индуктивности Lin подключена к одному контуру для подключения двухполупериодной схемы выпрямителя 40, выполненной из диодов с D1 по D2, к источнику питания переменного тока Vin, в то время как вторая катушка индуктивности Lin2 подключена к другому контуру.
Как показано на фиг. 14B, продолжительность времени t1 импульса 81 повышения напряжения определяется соответственно катушкой индуктивности, имеющей индуктивность 15 мГн.
Наоборот, как показано на фиг. 14B, продолжительность времени t2 импульса 82 сокращения помех определяется соответственно катушкой индуктивности, имеющей индуктивность 7,5 мГн.
Это обеспечивает изготовление и эксплуатацию необходимой катушки индуктивности и сокращение помех.
В четвертом варианте выполнения, показанном на фиг. 14A и 14B, так как первая и вторая катушки индуктивности Lin1 и Lin2, имеющие одинаковую индуктивность, параллельно расположены в паре контуров источника питания и могут функционировать как линейный фильтр, в основном, называемый "фильтр обычного режима".
Фиг. 15 представляет собой блок-схему, демонстрирующую общий случай выполнения кондиционера в соответствии с настоящим изобретением.
Этот кондиционер состоит из внутреннего и внешнего блоков. Внутренний блок подключен к источнику питания переменного тока 1.
Во внутреннем блоке рабочая мощность подается с источника питания переменного тока 1 через фильтр 2 подавления помех на внутренний контроллер 10, включающий блок микроконтроллера MCU (БМК).
Входной контроллер 10 подключен к приемнику 4 для приема команд с дистанционного контроллера 3, к датчику 5 температуры для определения температуры в помещении, к внутреннему вентилятору 6 для циркуляции воздуха через внутренний теплообменник (не показан), вентиляционной решетке 7 для смены направления выходящего воздуха и дисплею 8 для воспроизведения рабочего состояния.
Во внешнем блоке рабочая мощность подается с источника питания переменного тока 1 через фильтр 11 подавления помех на внешний контроллер 20 и на приводной электродвигатель 60 компрессора.
Для упрощения линия передачи на внешний контроллер 20 не показана.
Одна выходная клемма на стороне нагрузки фильтра 11 подавления помех подключена к одной входной клемме переменного тока двухполупериодной схемы выпрямления 40 через катушку индуктивности 12 и обнаружитель тока 13.
Другая выходная клемма на стороне нагрузки помехоустойчивого фильтра 11 подключена к другой входной клемме двухполупериодной схемы выпрямителя 40.
Обнаружитель 14 нулевого значения для обнаружения точки нулевого значения напряжения переменного тока подключен к линии источника питания переменного тока на стороне нагрузки обнаружителя 13 тока.
Сигнал обнаружения тока от обнаружителя 13 тока и сигнал обнаружения нулевого значения напряжения от обнаружителя 14 нулевого значения напряжения подаются на внешний контроллер 20.
Внешний контроллер 20 подключен к внутреннему контроллеру 10 через сигнальную линию для обмена сигналов.
Основной блок питания привода 24 и бустер 30 подключены к источнику питания переменного тока между стороной нагрузки обнаружителя 13 тока и двухполупериодной схемой выпрямителя 40.
Включение/выключение основного блока питания привода 24 осуществляет управление бустером 30. Когда внешний контроллер 20 подает сигнал включения на светоизлучающий элемент оптрона 25, основной блок питания привода 24 включает БТИЗ 305 бустера 30 через светоприемный элемент.
Внешний контроллер 20 далее подключен к четырехлинейному клапану 21 для изменения направления циркуляции хладагента в соответствии с режимом работы, к датчику 22 температуры для определения температуры внешнего теплообменника (не показан) и к внешнему вентилятору 23 для подачи потока воздуха к внешнему теплообменнику.
Сглаживающий конденсатор 41 подключен к внешней стороне двухполупериодной схемы выпрямления 40.
Напряжение от сглаживающего конденсатора 41 подается на инвертор 50.
Инвертор 50 подключен к приводному электродвигателю 60 компрессора.
Далее будет описана схематично представленная работа варианта выполнения кондиционера, имеющего указанную компоновку.
Команды, такие как начало работы, режим работы, установленная температура в помещении, а также скорость и направление потока воздуха от внешнего вентилятора, подаются с дистанционного контроллера 3 на внутренний контроллер 10 через приемник 4.
В соответствии с командами внутренний контроллер 10 воспроизводит рабочее состояние и другую подобную информацию на дисплее 8, а также осуществляет привод и контроль внутреннего вентилятора 6 и вентиляционной решетки 7.
В соответствии с различием между установленной температурой и температурой в помещении внутренний контроллер 10 рассчитывает выходную частоту (далее она будет называться рабочая частота компрессора) инвертора 50 для привода приводного электродвигателя 60 компрессора и передает сигнал обозначения рабочей частоты компрессора на внешний контроллер 20 вместе с сигналом режима работы.
Внешний контроллер 20 заставляет срабатывать (или прекращает работу) четырехлинейный клапан 21 в соответствии с сигналом режима работы, управляет инвертором 50 в соответствии с сигналом обозначения частоты работы компрессора, осуществляет привод внешнего вентилятора 23 и управляет четырехлинейным клапаном 21, например, с помощью сигнала детектирования от сенсора 22 температуры для осуществления размораживания.
Внешний контроллер 20 также корректирует частоту работы компрессора, чтобы предотвратить превышение заранее установленной ограничивающей величины для обнаружения тока обнаружителем 13 тока.
Внешний контроллер 20 далее осуществляет короткое замыкание источника питания переменного тока 1 через катушку индуктивности 12, составляющую устройство для преобразования энергии.
В этом случае внешний контроллер 20 подает описанные выше импульсы повышения напряжения и импульсы сокращения помех на оптрон 25, с момента нахождения точки нулевого значения напряжения, обнаруженной обнаружителем 14 нулевого значения напряжения.
Когда сигнал включения подается с основного блока питания привода 24 на БТИЗ 305, составляющий бустер 30, то бустер 30 закорачивает источник питания переменного тока 1 через катушку индуктивности 12.
В результате этого в соответствии с настоящим изобретением предложен кондиционер, способный повысить коэффициент мощности источника питания и обеспечивающий соответствие или значительное приближение гармоники источника питания к стандарту МЭК.
При прекращении работы кондиционера бустер 30 продолжал работать сразу перед тем, как прекращение работы подает избыточное напряжение на инвертор 50 сразу после прекращения работы, таким образом повреждая элемент схемы, составляющий инвертор 50.
В кондиционере, имеющем бустер 30, следовательно, при прекращении работы заканчивается короткое замыкание бустера, а затем прекращает работу компрессор.
Когда напряжение постоянного тока, полученное с помощью выпрямления напряжения питания переменного тока в классе 100B с помощью схемы удвоения/выпрямления напряжения, преобразовывается в напряжение переменного тока с помощью инвертора 50, и полученное напряжение переменного тока подается на приводной электродвигатель, входной ток легко возрастает до ограничивающей величины наряду с возрастанием нагрузки в кондиционере.
По этой причине, когда входной ток превышает ограничивающую величину тока A, традиционное устройство уменьшает выходную частоту инвертора 50, как показано на фиг. 16A.
Когда входной ток уменьшается до величины отмены C, установленной ниже ограничивающей величины тока, то обычное устройство возвращается к нормальной работе без ограничения частоты.
Обычное устройство удерживает выходную частоту инвертора 50 постоянной до тех пор, пока входная величина не сократится до величины отмены после превышения ограничивающей величины.
При таком контроле, тем не менее, выходная частота инвертора 50 уменьшается после того, как входной ток превышает ограничивающую величину. В зависимости от нагрузки кондиционера перерегулирование происходит таким образом, что входной ток повторно превышает ограничивающую величину А и уменьшается до величины отмены С или ниже. Как в результате этого частота работы компрессора становится нестабильной.
Наоборот, при осуществлении настоящего изобретения, показанном на фиг. 15, величина 14,5A используется как постоянная стартовая величина B и как постоянная величина C отмены управления частотой для ограничивающей величины A входного тока 15A, как показано на фиг. 16B.
Когда входной ток возрастает по сравнению с постоянной стартовой величиной В управления частотой, выходная частота инвертора 50, то есть частота работы компрессора поддерживается на уровне 70 Гц.
В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг. 15, если входной блок превышает ограничивающую величину А 15A, даже когда рабочая частота компрессора поддерживается на уровне 70 Гц, рабочая частота компрессора постепенно уменьшается до тех пор, пока входной ток не уменьшится до 15A или менее.
В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг. 15, в том случае, если входной ток не уменьшается до величины отмены C или менее даже после уменьшения рабочей частоты компрессора до 60 Гц, управление возвращается к нормальному режиму, когда входной ток достигает величины отмены C, при том, что рабочая частота компрессора поддерживается на уровне 60 Гц.
В этом случае ограничивающая величина А для тока и величина для отмены B или C различаются на 0,5А, но может быть и на 1,0А или при регулировании соответственно 1,0А или менее.
В этом варианте управление, показанное на фиг. 16B, может предотвратить перерегулирование, то есть ток от повторного превышения ограничивающей величины и уменьшения до величины отмены или менее.
Как становится очевидным на основе приведенного выше описания, в соответствии с настоящим изобретением бустер, который последовательно подключен к катушке индуктивности на стороне источника питания и форсировано закорачивает источник питания переменного тока через катушку индуктивности, предназначен для выпрямления и сглаживания напряжения переменного тока, подаваемого с источника питания переменного тока, для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока и для подачи полученного напряжения переменного тока к нагрузке.
В настоящем изобретении время короткого замыкания бустера установлено в соответствии с любым одним или с множеством различий между напряжением источника питания переменного тока, индуктивностью катушки индуктивности, устройством схемы преобразования для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока и входной мощностью. При такой установке коэффициент мощности источника питания может быть увеличен, а гармоника источника питания может быть уменьшена.
Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением может быть предложено устройство для преобразования энергии, способное увеличить коэффициент мощности источника питания и заставить гармонику источника питания соответствовать стандарту МЭК или достаточно к нему приблизиться.
Далее, в соответствии с настоящим изобретением может быть предложен кондиционер с использованием устройства для преобразования энергии, способного повысить коэффициент мощности источника питания и заставить гармонику источника питания соответствовать стандарту МЭК или достаточно к нему приближаться.
Изобретение предлагает устройство для преобразования энергии, способное повысить коэффициент мощности источника питания и обеспечить соответствие или значительное приближение гармоники к стандарту МЭК, что является техническим результатом, и кондиционер, включающий такое устройство. Устройство для преобразования энергии включает секцию преобразования для выпрямления и сглаживания напряжения переменного тока, подаваемого с источника питания переменного тока, а также для преобразования напряжения переменного тока в напряжение, постоянного тока, секцию инвертирования для преобразования напряжения постоянного тока, подготовленного конверсией, в напряжение переменного тока и подачу напряжения переменного тока на нагрузку, катушку индуктивности, последовательно подключенную к стороне источника питания секции преобразования, бустер для форсированного заколачивания источника питания переменного тока через катушку индуктивности и контроллер для установки времени заколачивания с помощью бустера, чтобы оптимизировать коэффициент мощности источника питания переменного тока в соответствии с любой одной из множества разностей между напряжением источника питания переменного тока, секции преобразования и входной мощности. Кондиционер осуществляет привод прессора для формирования цикла охлаждения с помощью устройства для преобразования энергии. 3 с. и 15 з.п.ф-лы, 20 ил. .
| Способ рафинирования фосфористого ванадийсодержащего чугуна | 1978 |
|
SU697569A1 |
| SU 10897141 A, 30.04.1984 | |||
| Устройство к сновальной машине для съема валиков | 1959 |
|
SU122082A1 |
| Способ получения рентгеноаморфного эсцина | 1976 |
|
SU786857A3 |
