ПОДСИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНОЙ КАМЕРЫ ИЛИ ОХЛАЖДАЕМОГО ПРОСТРАНСТВА, СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОТЕРИ СКОРОСТИ КОМПРЕССОРА ТРАНСПОРТНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И ПОДСИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОМПРЕССОРА ТРАНСПОРТНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2011 года по МПК F25B49/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к транспортным подсистемам электроснабжения, в частности к подсистемам обеспечения электропитанием транспортных холодильных установок.

Уровень техники

Большинство транспортных средств, включая грузовики и автобусы, получают энергию от двигателей внутреннего сгорания. Электроэнергия, необходимая для питания транспортных электрических систем, как правило, вырабатывается электрическим генератором, который приводится в движение двигателем. Обычно эти электрические генераторы имеют ротор, механически связанный с приводным ремнем, который приводится в движение двигателем. В подобных применениях в качестве устройств, генерирующих электроэнергию, наиболее часто используются электрические генераторы переменного тока.

Применение электрических генераторов различного типа позволило использовать транспортные кондиционеры с электропитанием, взамен механических холодильных компрессоров с приводом от двигателя. Одна из таких ранних систем раскрывается в патенте США 6,925,826, "Модульная шинная система кондиционирования воздуха", Хилл и др., принадлежащем Carrier Corporation. В то же время применение транспортных электрических генераторов для транспортных холодильных установок оставалось проблематичным.

Электрические компоненты, использующиеся в транспортных холодильных установках, обычно получают питание от системы электроснабжения, которая работает от основного двигателя транспортного средства, как правило, от двигателя внутреннего сгорания. Части холодильной установки, использующие в качестве энергии источник постоянного тока низкого напряжения, такие как вентиляторы, узлы управления и контроллеры, могут работать непосредственно от системы питания постоянного тока транспортного средства. Транспортные системы электропитания постоянного тока обычно используют одну или несколько аккумуляторных батарей напряжением 12 В или 24 В, питающих шину постоянного тока транспортного средства. Когда транспортное средство находится в движении, шина постоянного тока низкого напряжения транспортного средства без затруднений обеспечивает электропитанием компоненты низкого напряжения транспортной холодильной установки. Однако, когда двигатель остановлен, аккумуляторные батареи постоянного тока больше не заряжаются от системы зарядки аккумулятора транспортного средства, в результате чего аккумуляторная шина постоянного тока транспортного средства уже не вполне подходит для питания компонентов холодильной установки.

Одна из проблем заключается в том, что при отключении двигателя не допускается останавливать работу транспортной холодильной установки. Другая проблема состоит в том, что для электропитания транспортных холодильных установок обычно нужна большая мощность, чем для питания систем кондиционирования воздуха, и, как правило, требуется несколько источников различных напряжений постоянного и переменного тока, при этом различные транспортные холодильные установки требуют своей индивидуальной подсистемы электроснабжения.

Таким образом, требуется такая подсистема электроснабжения, которая имела бы несколько источников питания переменного и постоянного тока для питания холодильной установки, размещенной на транспортном средстве и имеющей возможность работать от питающей сети переменного тока при отключении двигателя транспортного средства. Требуется также, чтобы подсистема электроснабжения транспортного средства была бы более универсальной и могла бы использоваться для транспортных холодильных установок различного типа.

Раскрытие изобретения

Один из аспектов настоящего изобретения связан с подсистемой электроснабжения транспортной холодильной установки, включающей в себя источник питания переменного тока, обеспечивающий подсистему электроснабжения электропитанием переменным током. В дорожном режиме указанный источник представляет собой источник переменного тока транспортного средства, а в режиме стоянки источник питания переменного тока от промышленной электросети. Подсистема электроснабжения содержит также выпрямитель для работы в дорожном режиме, электрически соединенный с источником питания переменного тока транспортного средства, и выпрямитель для работы в режиме стоянки, электрически соединенный с источником питания переменного тока от промышленной электросети. Выпрямитель дорожного режима и выпрямитель режима стоянки преобразуют источник питания переменного тока в "шину постоянного тока высокого напряжения". Подсистема электроснабжения содержит также узел электропривода переменного тока, соединенный с шиной постоянного тока высокого напряжения. Узел электропривода переменного тока обеспечивает "электропитание переменным током для холодильного компрессора" в соответствии с потребностью в охлаждении. При этом указанное электропитание переменным током для холодильного компрессора характеризуется подаваемым на компрессор напряжением переменного тока и частотой подаваемого на компрессор переменного тока, причем указанные напряжение переменного тока и частота переменного тока подаваемого на компрессор электропитания задаются входным сигналом управления компрессором. Подсистема электроснабжения также включает источник питания постоянного тока, электрически соединенный с шиной постоянного тока высокого напряжения. Шина постоянного тока высокого напряжения обеспечивает электропитанием группу низковольтных компонентов транспортной холодильной установки, включая вентиляторы холодильной установки. Подсистема электроснабжения содержит также микроконтроллер, запрограммированный на получение информации, касающейся источника питания переменного тока, состояния транспортной холодильной установки и потребности в охлаждении. Этот микроконтроллер также соединен средствами связи с по меньшей мере одним узлом электропривода переменного тока. Причем микроконтроллер задает значения напряжения переменного тока и частоты переменного тока, подаваемого на компрессор электропитания, на основании полученной информации.

Другой аспект настоящего изобретения касается способа предотвращения потери скорости компрессора транспортной холодильной установки. Этот способ включает в себя следующие операции: обеспечение наличия подсистемы электроснабжения транспортного средства для электропитания от переменного тока компрессора транспортной холодильной установки; обеспечение наличия холодильного компрессора, выполненного с возможностью электропитания от переменного тока; оснащение подсистемы электроснабжения источником питания переменного тока; контроль количества мощности переменного тока, получаемого от источника питания переменного тока, и ограничение потребления компрессором мощности переменного тока путем ограничения частоты питающего компрессор переменного тока таким образом, чтобы мощность переменного тока, потребляемого компрессором, всегда была бы на некоторую величину меньше количества мощности переменного тока, получаемого от источника переменного тока, для того, чтобы не допустить падения питающего компрессор напряжения переменного тока, вызывающего потерю скорости компрессора.

Еще один аспект настоящего изобретения относится к подсистеме электроснабжения, обеспечивающей электропитанием компрессор транспортной холодильной установки, содержащей узел электропривода переменного тока, который питается от источника переменного тока. Этот узел электропривода переменного тока подает напряжение переменного тока, характеризующегося частотой переменного тока, на компрессор. Указанная подсистема электроснабжения содержит также микроконтроллер, выполняющий программу, которая содержит оперативную информацию, касающуюся компрессора и представленную в виде зависимости напряжения от частоты V(f), связывает рабочие точки зависимости V(f) с мощностью компрессора, при этом микроконтроллер подает управляющий сигнал на узел электропривода переменного тока для задания таких значений напряжения переменного тока и частоты переменного тока для питания компрессора, при которых соблюдались бы требования к охлаждающей способности охлаждаемого пространства транспортной холодильной установки.

Таким образом, настоящее изобретение описывает подсистему электроснабжения холодильной камеры или охлаждаемого пространства, включающую источник питания переменного тока снабжения указанной подсистемы электроснабжения электропитанием переменного тока, состоящий из источника питания переменного тока транспортного средства при работе в дорожном режиме и из источника питания переменного тока промышленной электросети при работе в режиме стоянки, выпрямитель для работы в дорожном режиме, электрически соединенный с указанным источником питания переменного тока транспортного средства и выполненный с возможностью преобразования источника питания переменного тока в шину постоянного тока высокого напряжения, и выпрямитель для работы в режиме стоянки, электрически соединенный с указанным источником питания переменного тока промышленной электросети и выполненный с возможностью преобразования источника питания переменного тока в шину постоянного тока высокого напряжения, узел электропривода переменного тока для электропитания переменным током холодильного компрессора, характеризующегося подаваемым на компрессор напряжением переменного тока и частотой подаваемого на компрессор переменного тока, заданными входным сигналом управления компрессором, соединенный с шиной постоянного тока высокого напряжения, и источник питания постоянного тока для электропитания группы низковольтных компонентов холодильной установки, электрически соединенный с шиной постоянного тока высокого напряжения и выполненный с возможностью подачи электропитания на шину постоянного тока низкого напряжения, при этом группа низковольтных компонентов холодильной установки включает в себя вентиляторы холодильной установки и микроконтроллер, выполненный запрограммированным на получение информации об указанном источнике питания переменного тока, состоянии транспортной холодильной установки и потребности в охлаждении, причем указанный микроконтроллер соединен средствами связи с по меньшей мере одним указанным узлом электропривода переменного тока и выполнен с возможностью задания указанных напряжения переменного тока и частоты переменного тока подаваемого на компрессор электропитания на основании полученной информации.

Указанный источник питания переменного тока транспортного средства может являться генератором переменного тока, связанным с двигателем транспортного средства.

Генератор переменного тока может быть выполнен с возможностью регулирования напряжения переменного тока на выходе указанного генератора.

Узел электропривода переменного тока может содержать биполярные транзисторы с изолированным затвором (транзисторы IGBT).

Также шина постоянного тока высокого напряжения может быть связана с по меньшей мере одним резистивным нагревателем транспортной холодильной установки.

Кроме того, подсистема может дополнительно содержать общий корпус, в который может быть установлен выпрямитель работы в дорожном режиме, выпрямитель работы в режиме стоянки, узел элетропривода переменного тока и источник питания постоянного тока, и вентилятор охлаждения указанного общего корпуса, связанный с указанным источником постоянного тока или с аккумуляторной батареей транспортного средства.

Источник постоянного тока может содержать регулируемый многорежимный источник питания постоянного тока, имеющий на выходе низкое напряжение по меньшей мере 12 В или 24 В постоянного тока.

Шина постоянного тока высокого напряжения может быть выполнена с возможностью подачи постоянного тока с напряжением в диапазоне от 200 В до 600 В.

Подаваемое на компрессор напряжение переменного тока может находиться в диапазоне от 50 В переменного тока до 450 В переменного тока, а частота подаваемого на компрессор переменного тока может находиться в диапазоне от 10 Гц до 120 Гц.

Подсистема в дорожном режиме может питаться от генератора переменного тока, работающего от двигателя транспортного средства, а в режиме стоянки питаться от электросети переменного тока, являющейся внешним источником электропитания относительно транспортного средства.

Нагрузка постоянного тока низкого напряжения может питаться от шины постоянного тока низкого напряжения, питающейся от аккумуляторной батареи транспортного средства в дорожном режиме и от источника постоянного тока в режиме стоянки.

Подсистема дополнительно может содержать группу охлаждаемых пространств, в которой по меньшей мере одно из указанных охлаждаемых пространств нагревается по меньшей мере одним нагревателем, при этом другие охлаждаемые пространства охлаждаются компрессором, при этом указанная группа предусматривает отсутствие превышения мощности посредством выполнения по меньшей мере одного из условий, включающих нагрузку на шину постоянного тока высокого напряжения, ограничивающуюся питанием по меньшей мере одного нагревателя, выбранного из группы нагревателей, и потребление мощности переменного тока, подаваемого на холодильный компрессор, ограничивающееся питанием указанного компрессора.

Дополнительно настоящее изобретение описывает способ предотвращения потери скорости компрессора транспортной холодильной установки, включающий обеспечение наличия подсистемы электроснабжения транспортного средства для обеспечения компрессора транспортной холодильной установки электропитанием от переменного тока, обеспечение наличия холодильного компрессора, выполненного с возможностью электропитания от переменного тока, снабжение указанной подсистемы электроснабжения источником питания переменного тока, осуществление контроля количества мощности переменного тока, получаемого от источника питания переменного тока, и ограничение потребления компрессором мощности переменного тока посредством ограничения частоты питающего компрессор переменного тока, при этом мощность переменного тока, потребляемая компрессором, меньше количества мощности переменного тока, получаемого от указанного источника питания переменного тока, для предотвращения падения питающего компрессор напряжения переменного тока и потери скорости компрессора.

Также описывается подсистема электроснабжения компрессора транспортной холодильной установки, включающая узел электропривода переменного тока, связанный с источником переменного тока и выполненный с возможностью подачи на компрессор напряжения переменного тока, характеризующегося частотой переменного тока, и микроконтроллер, выполненный с возможностью осуществления программы, содержащей характеристическую оперативную информацию о компрессоре и представленную в виде зависимости напряжения от частоты V(f), связывающую рабочие точки зависимости V(f) с мощностью компрессора, при этом микроконтроллер выполнен с возможностью подачи управляющего сигнала на указанный узел электропривода переменного тока для задания значений напряжения переменного тока и частоты переменного тока питания компрессора, при которых требования к охлаждающей способности охлаждаемого пространства транспортной холодильной установки соблюдены, причем указанная характеристическая оперативная информация о компрессоре и представленная в виде зависимости напряжения от частоты V(f) содержит предварительно запрограммированную оперативную информацию о компрессоре и представленную в виде зависимости напряжения от частоты V(f), а микроконтроллер выполнен с возможностью выборки соответствующей оперативной информации о компрессоре и представленной в виде зависимости напряжения от частоты V(f) посредством идентификатора, идентифицирующего конкретный тип холодильной установки, снабженной компрессором конкретного типа.

Требования к охлаждающей способности охлаждаемого пространства транспортной холодильной установки могут определяться на основании разности между измеренной температурой охлаждаемого пространства и заданной температурой указанного охлаждаемого пространства.

При поступлении на компрессор команды на включение частота переменного тока может нарастать в режиме мягкого старта от 0 Гц до по меньшей мере минимального рабочего значения в диапазоне приблизительно от 30 Гц до 40 Гц.

Частота переменного тока дополнительно может увеличиваться от своего минимального рабочего значения до требуемого рабочего значения посредством требуемой скорости охлаждения, при этом требуемая рабочая частота может быть ограничена максимальным значением, находящимся в диапазоне приблизительно от 70 Гц до 120 Гц.

Указанная характеристическая оперативная информация о компрессоре и представленная в виде зависимости напряжения от частоты V(f) может содержать данные, полученные по шине передачи данных от холодильной установки.

Группа напряжений переменного и постоянного тока указанной подсистемы электроснабжения может задаваться посредством данных в виде зависимости напряжения от частоты V(f), полученных по шине передачи данных от холодильной установки.

Краткое описание чертежей

Для дальнейшего пояснения существа и целей изобретения ниже приводится его подробное описание со ссылками на следующие чертежи, где:

на фиг.1 в символическом виде представлена схема подсистемы электроснабжения в соответствии с настоящим изобретением,

на фиг.2 показана блок-схема варианта подсистемы электроснабжения, представленной на фиг.1.

на фиг.3 дана блок-схема подсистемы электроснабжения, совместимой с холодильными установками различных типов.

На чертежах может не соблюдаться масштаб, поскольку упор сделан на то, чтобы проиллюстрировать принципы, лежащие в основе изобретения. Одинаковые цифры на чертежах означают одинаковые элементы.

Осуществление изобретения

Термин "дорожный режим" определяется как состояние, при котором двигатель транспортной холодильной установки находится в работе. "Режим стоянки" определяется как состояние, когда двигатель транспортной холодильной установки не работает и источником питания переменного тока холодильной установки является промышленная электросеть.

На фиг.1 представлен один из вариантов исполнения подсистемы электроснабжения 100, использующий генератор переменного тока 110. В "дорожном режиме", когда источником электроэнергии является двигатель транспортного средства, на инвертор 101 (электронный модуль питания) может поступать переменное напряжение от генератора переменного тока 110, обычно в диапазоне от 150 В до 400 В переменного тока. Генератор переменного тока 110 может содержать ротор и статорные обмотки, одна из которых питается постоянным током, либо представлять собой обычный генератор переменного тока со стандартным постоянным электромагнитом. Для того чтобы поддерживать напряжение переменного тока относительно стабильным в диапазоне скоростей транспортного двигателя, генератор переменного тока 110 может дополнительно включать в себя регулятор напряжения переменного тока (на фиг.1 не показан) для подстройки постоянного тока ротора или статора или содержать дополнительную регулирующую обмотку постоянного тока. Для данного изобретения подобная регулировка напряжения переменного тока генератора не является обязательным признаком подсистемы электроснабжения.

Инвертор 101 может также питаться от источника напряжения переменного тока, такого как электросети переменного тока 102, когда установка находится в "режиме стоянки", т.е. когда первичным источником питания является электросеть переменного тока 102, а не двигатель транспортного средства. Под электросетью здесь понимается любой стационарный источник питания переменного тока, в частности коммунальная сеть, от которой поступает напряжение в здания или вблизи них, прочие генераторы на органическом топливе, а также другие местные источники питания переменного тока, включающие возобновляемые источники, такие как генераторы на солнечных батареях либо генераторы, использующие энергию ветра. Например, представленный на фиг.1 в качестве примера источник стандартной сети переменного тока 400 В может представлять собой однофазный или трехфазный источник питания переменного тока от 200 В до 500 В.

Для питания одного или нескольких холодильных компрессоров 103 от инвертора 101 может поступать напряжение переменного тока в диапазоне от 50 В до 450 В с частотой от 10 Гц до 120 Гц.

Инвертор 101 может также формировать, используя шину 215 постоянного тока высокого напряжения (фиг.2), одно или несколько напряжений постоянного тока в диапазоне от 200 В до 600 В для питания одного или нескольких нагревателей 104, в частности нагревателей для размораживания частей холодильной установки и для кондиционирования воздуха. Нагревательные системы можно упростить, если запитывать нагреватели 104 непосредственно от одной шины постоянного тока высокого напряжения, а не от трехфазной шины переменного тока. Кроме того, в некоторых вариантах исполнения управление нагревателями может осуществляться от шины постоянного тока высокого напряжения и/или от коммутационного устройства 212, в качестве которого вместо обычных реле используются полупроводниковые устройства коммутации постоянного тока. Другое преимущество питания нагревателей 104 шины постоянного тока высокого напряжения состоит в том, что в качестве таких нагревателей могут применяться относительно простые резистивные нагреватели, для которых обычно требуется лишь защитное термореле (на фиг.1 и 2 не показано). Одно или несколько защитных термореле располагаются, как правило, на нагревателях 104, в одном или нескольких местах. Эти защитные термореле могут обеспечивать защитную блокировку в случае превышения допустимой температуры, обычно путем размыкания коммутационного устройства 212. В отличие от этого, некоторые известные нагреватели, работающие на переменном токе, требуют применения более сложных и дорогостоящих нагревательных элементов с положительным температурным коэффициентом ("РТС").

Инвертор 101 может также содержать один или несколько выпрямляющих устройств постоянного тока низкого напряжения и/или источников питания постоянного тока, обеспечивающих одно или несколько напряжений постоянного тока в диапазоне от 12 В до 24 В постоянного тока для питания одного или нескольких вентиляторов 105, работающих от постоянного тока. Кроме того, предполагается, что здесь может также присутствовать 48 В постоянного тока для питания электрических систем новых транспортных средств, которые используют 48 В постоянного тока. Управление вентиляторами 105 может осуществляться при помощи полупроводниковых коммутационных устройств или реле, размещенных в устройстве управления, обозначенном как микроконтроллер 106. Один или несколько дополнительных вентиляторов 105, работающих от постоянного тока, могут питаться непосредственно от инвертора 101. Например, один или несколько вентиляторов 105, работающих от постоянного тока и получающих питание непосредственно от инвертора 101, могут использоваться для охлаждения корпуса инвертора 101 и/или одного или нескольких теплоотводящих узлов инвертора 101.

Микроконтроллер 106 может питаться от аккумуляторной батареи транспортного средства 107. В этом случае питание на микроконтроллер 106 будет поступать и во время переключения источников переменного тока, с генератора 110 переменного тока на электросеть переменного тока 102. Для выполнения функций управления и выбора напряжения микроконтроллер 106 может быть также соединен средствами связи с инвертором 101 по стандартной шине 108 локальной сети контроллеров ("ЛСК"). Посредством шины 108 микроконтроллер 106 может также управлять периодическим включением вентиляторов 105 и осуществлять функции управления, контроля и наблюдения в отношении любых компонентов подсистемы 100. Микроконтроллер 106 может питаться от аккумуляторной батареи 107 транспортного средства. Дисплей 211 может располагаться на транспортной холодильной установке, либо внутри нее и/или в кабине транспортного средства. Дисплей 211 может быть связан с микроконтроллером 106 посредством шины 108 ЛСК. Другие микрокомпьютеры 210, в частности микрокомпьютер холодильной установки, питаются от подсистемы электроснабжения, представленной данным изобретением, и также могут быть соединены средствами связи с микроконтроллером 106 посредством шины 108 ЛСК.

На фиг.2 представлена электрическая блок-схема подсистемы генерации электроэнергии в соответствии с фиг.1. Электропитание на инвертор 101 может поступать от генератора 110 переменного тока. Информация, включающая в себя электрические, механические и температурные параметры, относящиеся к генератору, также может передаваться по информационным проводам либо по информационной шине (на фиг.1 не показаны). Внутри инвертора 101 показан выпрямитель 203, который может формировать одно или несколько напряжений постоянного тока в диапазоне от 200 до 600 В, используя для питания в дорожном режиме генератор 110 переменного тока. Внутри инвертора 101 показан также выпрямитель 214, который может формировать одно или несколько напряжений постоянного тока в диапазоне от 200 В до 600 В, используя для питания в режиме стоянки промышленную электросеть переменного тока. От обоих выпрямителей 203 и 204 могут питаться один или несколько нагревателей 104 и узел электропривода 204 переменного тока.

В варианте исполнения, представленном на фиг.2, узел электропривода 204 переменного тока может также формировать источник питания переменного тока в диапазоне от 50 В до 450 В переменного тока и частотой от 10 Гц до 120 Гц для питания одного или нескольких холодильных компрессоров 203. Узел электропривода 204 переменного тока по желанию может быть выполнен таким образом, что он будет работать с компрессорами 103 различных типов. При использовании электронного управления работой узла электропривода 204 переменного тока обычно нет необходимости применять для компрессора дополнительный контактор с приводом от электродвигателя, благодаря чему упрощается конструкция и повышается общая надежность системы. В некоторых вариантах исполнения узел электропривода 204 переменного тока может использовать мостовую схему на биполярных транзисторах с изолированным затвором ("IGBT").

Выпрямитель 203 может также использоваться для питания одного или нескольких блоков питания 205 постоянного тока, обеспечивающих на выходе постоянный ток напряжением 12 В и/или 24 В. Блоки питания 205 постоянного тока могут именоваться как вспомогательные источники постоянного тока напряжением 12 В и/или 24 В. Блок питания 205 обычно может содержать преобразователь постоянного тока (DC-DC), в частности регулируемый в ключевом режиме формирователь постоянного тока, который используется для преобразования постоянного тока высокого напряжения, поступающего от выпрямителя 203, в напряжение постоянного тока 12 В постоянного тока или 24 В постоянного тока, которое обычно применяется в транспортных средствах. Таким образом, вентиляторы холодильной установки могут питаться от источника напряжения постоянного тока, относительно изолированно от остальных частей электрической подсистемы, в частности от узла электропривода 204 переменного тока.

Подобная организация электропитания постоянным током всех или нескольких вентиляторов холодильной установки отличается от той, что используется в известных холодильных установках, где может иметь место нежелательное взаимодействие ряда вентиляторов, работающих на переменном токе и жестко соединенных с общей шиной переменного тока, к которой подключено большое число нагрузок, в частности компрессор 103. Эти нежелательные электрические взаимодействия могут вызываться наличием параллельно соединенных реактивных нагрузок и приводить к проблемным и деструктивным последствиям в установке. Применение подсистемы электроснабжения 100 полностью решает проблему взаимодействия, связанную с двигателем вентилятора, поскольку здесь питание вентиляторов производится постоянным током и они оказываются полностью отсоединенными от шины питания переменного тока, получая электроэнергию от источника питания постоянного тока, такого как блок питания 205 постоянного тока, который непосредственно соединен с выпрямителем 203. Блок питания 205 постоянного тока выполнен с возможностью переключения питания постоянного тока на преобразователь постоянного тока.

Инвертор 101 может также питаться от электросети 102 переменного тока через дополнительный сетевой фильтр 206. Типовая электросеть позволяет питать инвертор 101 однофазным источником от 200 В переменного тока до 230 В переменного тока либо трехфазным сетями от 200 В переменного тока до 460 В переменного тока. Для обеспечения работы с сетями различного напряжения можно использовать несколько типов инверторов 101 либо один инвертор 101, совместимый с сетями различных напряжений. При этом производится выбор входного напряжения постоянного тока посредством ручного коммутационного устройства или автоматически, используя реле, полупроводниковые коммутационные устройства, и/или применяются схемные конфигурации, работающие в широком диапазоне входных напряжений. Использование сетевого фильтра 206 переменного тока позволяет отсоединить инвертор 101 от электросети 102 переменного тока. Подобная электрическая фильтрация особенно полезна в отношении подавления шумов и переходных помех, связанных с внешними воздействиями, а также позволяет предотвратить попадание в сеть 102 переменного тока помех, создаваемых инвертором 101 переменного тока.

Подсистема электроснабжения 100, представленная на фиг.1 и фиг.2, может быть использована в транспортных холодильных установках 300 различного типа, как показано на фиг.3. Один из аспектов сопряжения электрической подсистемы 100 с определенной транспортной холодильной установкой 300 включает в себя составления списка необходимых напряжений переменного и постоянного тока. Например, нужно определить, от какого постоянного напряжения постоянного тока питаются вентиляторы: 12 В или 24 В. Подобная информация может передаваться от микрокомпьютера холодильной установки в микроконтроллер 106 подсистемы электроснабжения 100 по информационной шине, а именно по шине ЛСК. Предполагается также, что там, где для передачи электроэнергии между холодильной установкой и микроконтроллером 106 используются электрические соединители различных типов, микроконтроллер 106 может быть построен таким образом, чтобы напряжения подавались на различные контакты при помощи электронных или электромеханических коммутационных устройств. С другой стороны, на холодильных установках 300 различного типа могут быть установлены стандартные соединители с внешними выводами и кабелями в пределах как индивидуального ассортимента, так и общепромышленного стандарта.

Кроме того, от одной электрической подсистемы 100 может питаться несколько холодильных установок 300 либо одна холодильная установка 300, содержащая несколько холодильных камер. В этих случаях может возникнуть ситуация, когда подсистема электроснабжения 100 будет обеспечивать электропитание переменным током для компрессора 103 в соответствии с потребностью охлаждения одной холодильной камеры или пространства и, одновременно, для нагревателей 104 другой холодильной камеры или пространства. В подобных случаях мощность, потребляемая компрессором 103 или нагревателем 104, может быть ограничена таким образом, чтобы суммарная электрическая нагрузка не превышала бы мощность подсистемы электроснабжения 100.

К другому аспекту создания универсальной подсистемы электроснабжения 100 относится узел электропривода 204 переменного тока. Обычно компрессоры 103 работают при определенных напряжениях и частотах переменного тока. Как правило, компрессор 103 может питаться от напряжения постоянного тока относительно постоянной величины. Скорость работы компрессора (связанная с его мощностью и степенью охлаждения) может меняться путем изменения частоты напряжения переменного тока. Для каждого типа компрессоров 103 существует своя рабочая характеристика, в виде зависимости напряжения от частоты V(f), представленная обычно одной или несколькими кривыми V(f). Например, один компрессор 103 может быть предназначен для работы в номинальных условиях от 400 В переменного тока при частоте 90 Гц, а другой компрессор имеет номинальную рабочую точку 300 В переменного тока при 80 Гц. Кроме того, каждый компрессор 103 для своего рабочего напряжения переменного тока имеет определенный диапазон используемых рабочих частот, например от 35 Гц (в режиме запуска и минимального охлаждения) до 100 Гц, для достижения максимальной скорости вращения вала компрессора и, следовательно, наибольшей степени охлаждения. В предпочтительном варианте осуществления изобретения в подсистеме, при поступлении на компрессор команды на включение, частота переменного тока может нарастать в режиме мягкого старта от 0 Гц до по меньшей мере минимального рабочего значения в диапазоне приблизительно от 30 Гц до 40 Гц. Также в подсистеме частота переменного тока дополнительно может увеличиваться от своего минимального рабочего значения (30-40 Гц) до требуемого рабочего значения посредством требуемой скорости охлаждения, при этом требуемая рабочая частота ограничена максимальным значением, находящимся в диапазоне приблизительно от 70 Гц до 120 Гц. Другой аспект универсальной совместимости подсистемы электроснабжения 100 с транспортными холодильными установками 300 различных типов включает в себя возможность транспортной холодильной установки передавать специфическую оперативную информацию компрессора 103, касающуюся напряжения переменного тока и частоты, в микроконтроллер 106 по информационной шине ЛСК. Эта специфическая оперативная информация может передаваться, например, непосредственно в виде точек на кривой V(f) либо в виде идентификатора, по которому микроконтроллер 106 производит выбор запрограммированной рабочей характеристики, соответствующей типу компрессора 103 конкретной холодильной установки 300. Еще один аспект совместимости касается возможности узла электропривода 204 переменного тока подсистемы электроснабжения 100 реагировать на изменения режима работы компрессора 103. Например, микроконтроллер 106 может быть запрограммирован таким образом, что при каждом запуске двигателя компрессора 103 частота постепенно повышается с 35 Гц до заданного рабочего значения (в соответствии со скоростью вращения вала компрессора 103), обеспечивая мягкий запуск. Использование подобной процедуры мягкого запуска существенно снижает вероятность опасной механической нагрузки, которая может привести к повреждению компрессора 103.

Кроме того, как для микрокомпьютера холодильной установки, так и для микроконтроллера 106 по шине ЛСК может устанавливаться соответствующая рабочая частота переменного тока при каждом запросе охлаждения. Требуемая рабочая частота, среди прочих факторов, зависит от того, насколько температура в охлаждаемом пространстве отличается от заданной температуры. Определение для компрессора 103 соответствующей рабочей частоты может производиться либо в микрокомпьютере холодильной установки, где этот микрокомпьютер вызывает затем определенную рабочую частоту, либо, в другом варианте, по входной информации, касающейся того, насколько температура в охлаждаемом пространстве отличается от заданной температуры. Микроконтроллер 106, запрограммированный на кривые V(f) или на информационные точки V(f) для компрессора 103, может определять и устанавливать соответствующую частоту переменного тока, подаваемого узлом электропривода 204 переменного тока.

Соображения, связанные с определением и установкой рабочей частоты для компрессора 103, принимают также во внимание величину входной мощности, доступной для подсистемы электроснабжения 100. Например, в дорожном режиме при замедлении движения транспортного средства, в частности при кратковременных остановках или при снижении скорости, мощность, поступаемая от генератора 110 переменного тока, уменьшается. Если мощность, которая может быть получена от генератора 110 переменного тока, ниже той, которая требуется для установки частоты переменного тока, в соответствии с электрической нагрузкой компрессора 103, микроконтроллер 106 может установить верхний предел частоты, связанный с ограничением по мощности таким образом, чтобы это ограничение не превышалось, до тех пор, пока скорость двигателя транспортного средства не вернется к более высокому номинальному значению. Если в подсистеме электроснабжения 100 не вводить подобного ограничения частоты переменного тока, то напряжение переменного тока от узла электропривода 204 переменного тока может упасть и привести к снижению скорости компрессора 103. Такое снижение скорости компрессора 103 может привести к катастрофическим повреждениям самого компрессора и/или его двигателя.

Пример: транспортная холодильная установка определила, что разница между температурой охлаждаемого пространства и заданной температурой составляет 20°С. Транспортная холодильная установка посылает в подсистему электроснабжения транспортного средства запрос максимальной скорости компрессора. Для данного примера транспортной холодильной установки при запросе максимальной скорости компрессора нагрузка подсистемы электроснабжения составит 4 кВт при частоте переменного тока компрессора 60 Гц. Однако микроконтроллер подсистемы электроснабжения знает, что в данный момент в подсистеме электроснабжения доступно только 3 кВт, и ограничивает частоту переменного тока компрессора значением 40 Гц, предотвращая тем самым снижение скорости компрессора.

Термин "микроконтроллер", используемый в отношении микроконтроллера 106, в данном контексте является взаимозаменяемым синонимом таких терминов, как "микроконтроллер", "модуль управления" и "микрокомпьютер". Очевидно, что микроконтроллер обычно содержит "микропроцессор" и/или другие интегральные устройства, например микросхемы "процессора цифровой обработки сигналов" (DSP) и "логические матрицы, программируемые пользователем" (FPGA), которые могут быть запрограммированы для выполнения функций микрокомпьютера.

Следует отметить, что хотя описанная здесь установка использует в качестве источника механической энергии двигатель транспортного средства, тем не менее для вращения ротора электрического генератора могут применяться и другие источники механической энергии. Например, в любом из описанных выше вариантов исполнения вместо двигателя внутреннего сгорания может использоваться электродвигатель транспортного средства.

Несмотря на то что настоящее изобретение было представлено и описано со ссылкой на предпочтительный вариант, проиллюстрированный чертежами, специалисту в данной области должно быть понятно, что в деталях могут иметь место некоторые отклонения, не затрагивающие существа и области притязаний данного изобретения, определенной формулой изобретения.

Изобретение относится к подсистеме электроснабжения, обеспечивающей электропитанием транспортную холодильную установку. Подсистема электроснабжения содержит узел электропривода переменного тока, электрически соединенный с шиной постоянного тока высокого напряжения. Узел электропривода переменного тока обеспечивает электропитание переменным током холодильного компрессора в соответствии с потребностью в охлаждении. Подсистема электроснабжения содержит также шину постоянного тока низкого напряжения, которая обеспечивает электропитанием группу низковольтных компонентов холодильной установки, которые включают в себя вентиляторы холодильной установки. Микроконтроллер задает напряжение переменного тока и частоту переменного тока, подаваемого на компрессор электропитания. Способ предотвращения потери скорости компрессора транспортной холодильной установки включает ограничение потребления компрессором мощности переменного тока, в результате чего не происходит падения напряжения переменного тока, вызывающего потерю скорости компрессора. Кроме того, подсистема электроснабжения компрессора транспортной холодильной установки включает оперативную информацию, касающуюся компрессора и представленную в виде зависимости напряжения от частоты V(f), и микроконтроллер дает команды для установки напряжения переменного тока и частоты переменного тока в компрессор. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Подсистема электроснабжения холодильной камеры или охлаждаемого пространства, включающая источник питания переменного тока снабжения указанной подсистемы электроснабжения электропитанием переменного тока, состоящий из источника питания переменного тока транспортного средства при работе в дорожном режиме и из источника питания переменного тока промышленной электросети при работе в режиме стоянки, выпрямитель для работы в дорожном режиме, электрически соединенный с указанным источником питания переменного тока транспортного средства и выполненный с возможностью преобразования источника питания переменного тока в шину постоянного тока высокого напряжения, и выпрямитель для работы в режиме стоянки, электрически соединенный с указанным источником питания переменного тока промышленной электросети и выполненный с возможностью преобразования источника питания переменного тока в шину постоянного тока высокого напряжения, узел электропривода переменного тока для электропитания переменным током холодильного компрессора, характеризующегося подаваемым на компрессор напряжением переменного тока и частотой подаваемого на компрессор переменного тока, заданные входным сигналом управления компрессором, соединенный с шиной постоянного тока высокого напряжения, и источник питания постоянного тока для электропитания группы низковольтных компонентов холодильной установки, электрически соединенный с шиной постоянного тока высокого напряжения и выполненный с возможностью подачи электропитания на шину постоянного тока низкого напряжения, при этом группа низковольтных компонентов холодильной установки включает в себя вентиляторы холодильной установки и микроконтроллер, выполненный запрограммированным на получение информации об указанном источнике питания переменного тока, состоянии транспортной холодильной установки и потребности в охлаждении, причем указанный микроконтроллер соединен средствами связи с по меньшей мере одним указанным узлом электропривода переменного тока и выполнен с возможностью задания указанных напряжения переменного тока и частоты переменного тока подаваемого на компрессор электропитания на основании полученной информации.

2. Подсистема по п.1, в которой указанный источник питания переменного тока транспортного средства является генератором переменного тока, связанным с двигателем транспортного средства.

3. Подсистема по п.2, в которой генератор переменного тока выполнен с возможностью регулирования напряжения переменного тока на выходе указанного генератора.

4. Подсистема по п.1, в которой указанный узел электропривода переменного тока содержит биполярные транзисторы с изолированным затвором (транзисторы IGBT).

5. Подсистема по п.1, в которой указанная шина постоянного тока высокого напряжения связана с по меньшей мере одним резистивным нагревателем транспортной холодильной установки.

6. Подсистема по п.1, которая дополнительно содержит общий корпус, в который установлены выпрямитель работы в дорожном режиме, выпрямитель работы в режиме стоянки, узел элетропривода переменного тока и источник питания постоянного тока, и вентилятор охлаждения указанного общего корпуса, связанный с указанным источником постоянного тока или с аккумуляторной батарей транспортного средства.

7. Подсистема по п.1, в которой указанный источник постоянного тока содержит регулируемый и многорежимный источник питания постоянного тока, имеющий на выходе низкое напряжение по меньшей мере 12 В или 24 В постоянного тока.

8. Подсистема по п.1, в которой указанная шина постоянного тока высокого напряжения выполнена с возможностью подачи постоянного тока с напряжением в диапазоне от 200 В до 600 В.

9. Подсистема по п.1, в которой подаваемое на компрессор напряжение переменного тока находится в диапазоне от 50 В переменного тока до 450 В переменного тока, а частота подаваемого на компрессор переменного тока находится в диапазоне от 10 Гц до 120 Гц.

10. Подсистема по п.1, которая в дорожном режиме питается от генератора переменного тока, работающего от двигателя транспортного средства, а в режиме стоянки питается от электросети переменного тока, являющейся внешним источником электропитания относительно транспортного средства.

11. Подсистема по п.10, в которой нагрузка постоянного тока низкого напряжения питается от шины постоянного тока низкого напряжения, питающейся от аккумуляторной батареи транспортного средства в дорожном режиме и от источника постоянного тока в режиме стоянки.

12. Подсистема по п.1, дополнительно содержащая группу охлаждаемых пространств, в которой по меньшей мере одно из указанных охлаждаемых пространств нагревается по меньшей мере одним нагревателем, при этом другие охлаждаемые пространства охлаждаются компрессором, при этом указанная группа предусматривает отсутствие превышения мощности посредством выполнения по меньшей мере одного из условий, включающих нагрузку на шину постоянного тока высокого напряжения, ограничивающуюся питанием по меньшей мере одного нагревателя, выбранного из группы нагревателей, и потребление мощности переменного тока, подаваемого на холодильный компрессор, ограничивающееся питанием указанного компрессора.

13. Способ предотвращения потери скорости компрессора транспортной холодильной установки, включающий обеспечение наличия подсистемы электроснабжения транспортного средства для обеспечения компрессора транспортной холодильной установки электропитанием от переменного тока, обеспечение наличия холодильного компрессора, выполненного с возможностью электропитания от переменного тока, снабжение указанной подсистемы электроснабжения источником питания переменного тока, осуществление контроля количества мощности переменного тока, получаемого от источника питания переменного тока и ограничение потребления компрессором мощности переменного тока посредством ограничения частоты питающего компрессор переменного тока, при этом мощность переменного тока, потребляемая компрессором, меньше количества мощности переменного тока, получаемого от указанного источника питания переменного тока для предотвращения падения питающего компрессор напряжения переменного тока и потери скорости компрессора.

14. Подсистема электроснабжения компрессора транспортной холодильной установки, включающая узел электропривода переменного тока, связанный с источником переменного тока и выполненный с возможностью подачи на компрессор напряжения переменного тока, характеризующегося частотой переменного тока, и микроконтроллер, выполненный с возможностью осуществления программы, содержащей характеристическую оперативную информацию о компрессоре и представленную в виде зависимости напряжения от частоты V(f), связывающую рабочие точки зависимости V(f) с мощностью компрессора, при этом микроконтроллер выполнен с возможностью подачи управляющего сигнала на указанный узел электропривода переменного тока для задания значений напряжения переменного тока и частоты переменного тока питания компрессора, при которых требования к охлаждающей способности охлаждаемого пространства транспортной холодильной установки соблюдены, причем указанная характеристическая оперативная информация о компрессоре и представленная в виде зависимости напряжения от частоты V(f) содержит предварительно запрограммированную оперативную информацию о компрессоре и представленную в виде зависимости напряжения от частоты V(f), a микроконтроллер выполнен с возможностью выборки соответствующей оперативной информации о компрессоре и представленной в виде зависимости напряжения от частоты V(f) посредством идентификатора, идентифицирующего конкретный тип холодильной установки, снабженной компрессором конкретного типа.

15. Подсистема по п.14, в которой требования к охлаждающей способности охлаждаемого пространства транспортной холодильной установки определяются на основании разности между измеренной температурой охлаждаемого пространства и заданной температурой указанного охлаждаемого пространства.

16. Подсистема по п.14, в которой при поступлении на компрессор команды на включение частота переменного тока нарастает в режиме мягкого старта от 0 Гц до по меньшей мере минимального рабочего значения в диапазоне приблизительно от 30 Гц до 40 Гц.

17. Подсистема по п.16, в которой частота переменного тока дополнительно увеличивается от своего минимального рабочего значения до требуемого рабочего значения посредством требуемой скорости охлаждения, при этом требуемая рабочая частота ограничена максимальным значением, находящимся в диапазоне приблизительно от 70 Гц до 120 Гц.

18. Подсистема по п.14, в которой указанная характеристическая оперативная информация о компрессоре и представленная в виде зависимости напряжения от частоты V(f) содержит данные, полученные по шине передачи данных от холодильной установки.

19. Подсистема по п.14, в которой группа напряжений переменного и постоянного тока указанной подсистемы электроснабжения задается посредством данных в виде зависимости напряжения от частоты V(f), полученных по шине передачи данных от холодильной установки.