Dispositivo de bomba de calor, sistema de bomba de calor y método de control de inversor trifásico.

Un dispositivo de bomba de calor que comprende:

un compresor (1) que tiene un mecanismo de compresión (7) que comprime un refrigerante;



un motor (8) que opera el mecanismo de compresión (7) previsto en el compresor (1);

un inversor trifásico (9), y

una unidad de control de inversor (11) que controla el inversor (9), en donde,

la unidad de control de inversor (11) incluye:

una unidad de conmutación de fase (19) que conmuta una fase θ1 y una fase θ2 diferente de la fase θ1 sustancialmente en 180 grados, y presenta a la salida la fase, sincrónicamente con una señal de referencia que tiene una frecuencia predeterminada;

una unidad de adición (20) que cambia un valor n, que es un número entero igual o mayor que 0, para cada instante predeterminado, y presenta a la salida una fase θ3 obtenida por adición de una fase θplus, la cual es n veces una magnitud de 60 grados, a la salida de fase desde la unidad de conmutación de fase (19),

una unidad de generación de tensión (13) que genera un valor de comando de tensión en base a la fase θ3 presentada a la salida por la unidad de adición (20), y presenta a la salida el valor de comando de tensión, y una unidad de generación de señal excitadora (17) que, en base a una salida desde la unidad de generación de tensión (13), genera señales excitadoras correspondientes a elementos de conmutación (18a a 18f) respectivos del inversor (9), presenta a la salida señales excitadoras generadas respectivas para los elementos de conmutación (18a a 18f) correspondientes del inversor (9), y genera una tensión de AC de alta frecuencia en el inversor (9).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2010/064670.

Solicitante: MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 7-3 Marunouchi 2-Chome, Chiyoda-ku Tokyo 100-8310 JAPON.

Inventor/es: SHIMOMUGI,TAKUYA, HATAKEYAMA,KAZUNORI, MATSUSHITA,SHINYA, WAKUTA,NAOKI, MAKINO,TSUTOMU, KUSUBE,SHINSAKU.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24F11/02 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24F ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE; HUMIDIFICACION DEL AIRE; VENTILACION; UTILIZACION DE CORRIENTES DE AIRE COMO PANTALLAS (retirada de suciedades o de humos de los lugares donde se han producido B08B 15/00; conductos verticales para la evacuación de humos de los edificios E04F 17/02; tapas para chimeneas o respiraderos, terminales para conductores de humos F23L 17/02; aparatos para generar iones para ser introducidos en gases no encerrados, p. ej. en la atmósfera, F23L 17/02). › F24F 11/00 Sistemas o aparatos de control o de seguridad. › Disposición o montaje de los dispositivos de control o de seguridad.
  • F25B1/00 F […] › F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES.F25B MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR (sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor, p. ej. refrigerantes, o sustancias para la producción de calor o frío por reacciones químicas distintas a la combustión C09K 5/00; bombas, compresores F04; utilización de bombas de calor para la calefacción de locales domésticos o de otros locales o para la alimentación de agua caliente de uso doméstico F24D; acondicionamiento del aire, humidificación del aire F24F; calentadores de fluidos que utilizan bombas de calor F24H). › Máquinas, instalaciones o sistemas por compresión con ciclo irreversible (F25B 3/00, F25B 5/00, F25B 6/00, F25B 7/00, F25B 9/00 tienen prioridad).
  • H02M7/48 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02M APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE ALTERNA, DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA O DE CORRIENTE CONTINUA EN CORRIENTE CONTINUA Y UTILIZADOS CON LAS REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA O SISTEMAS DE ALIMENTACION SIMILARES; TRANSFORMACION DE UNA POTENCIA DE ENTRADA EN CORRIENTE CONTINUA O ALTERNA EN UNA POTENCIA DE SALIDA DE CHOQUE; SU CONTROL O REGULACION (transformación de la corriente o de la tensión especialmente adaptada para su uso en los relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/02; sistemas de regulacion de variables eléctricas o magnéticas en general, p. ej. utilizando transformadores, reactancias o bobinas de choque, combinacion de tales sistemas con convertidores estáticos G05F; para computadores digitales G06F 1/00; transformadores H01F; conexión o control de un convertidor teniendo en cuenta su unión funcional con una fuente similar u otra fuente de alimentación H02J; convertidores dinamoeléctricos H02K 47/00; control de los transformadores, reactancias o bobinas de choque, control o regulación de motores, generadores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos H02P; generadores de impulsos H03K). › H02M 7/00 Transformación de una potencia de entrada en corriente alterna en una potencia de salida en corriente continua; Transformación de una potencia de entrada en corriente continua en una potencia de salida en corriente alterna. › utilizando tubos de descarga con electrodo de control o dispositivos semiconductores con electrodo de control.
  • H02P27/06 H02 […] › H02P CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES ELECTRICOS O CONVERTIDORES DINAMOELECTRICOS; CONTROL DE TRANSFORMADORES, REACTANCIAS O BOBINAS DE CHOQUE.H02P 27/00 Disposiciones o métodos para el control de motores de CA caracterizados por la clase de voltaje de alimentación (de dos o más motores H02P 5/00; de motores síncronos con conmutadores electrónicos H02P 6/00; de motores de CC H02P 7/00; de motores paso a paso H02P 8/00). › utilizando inversores o convertidores CC-CA (H02P 27/05 tiene prioridad).

PDF original: ES-2550642_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo de bomba de calor, sistema de bomba de calor y método de control de inversor trifásico La presente invención se refiere a un método de calentamiento de un compresor usado para un dispositivo de bomba de calor.

Antecedentes La Literatura de Patente 1 describe que cuando una cantidad de refrigerante líquido acumulada en un compresor llega a ser una cantidad predeterminada o mayor, se provoca que circule una corriente débil de fase abierta de alta frecuencia hasta un devanado de un motor para calentar el devanado del motor. Con ello, se impide que la compresión del líquido debido al arranque en un estado en que el refrigerante líquido que está acumulado en el compresor, dañe el compresor.

La Literatura de Patente 2 describe que la dirección de una corriente que fluye hasta un devanado del estator de un motor se invierte cíclicamente controlando un ciclo de conducción/corte de un elemento de conmutación. En consecuencia, no solo se produce la generación de calor a causa de una pérdida óhmica sino también la generación de calor por una pérdida de histéresis, de modo que se puede realizar un precalentamiento suficiente con un menor consumo de corriente, mejorando con ello la eficiencia energética.

Lista de citaciones Literatura de Patentes Literatura de Patente 1: Solicitud de Patente japonesa abierta al público núm. 8-226714;

Literatura de Patente 2: Solicitud de Patente japonesa abierta al público núm. 11-159467.

Sumario Problema técnico En la técnica descrita en la Literatura de Patente 1, debido a que se provoca que circule la corriente de fase abierta, la corriente no fluye hasta todos los devanados, y por tanto el compresor no puede ser calentado de manera uniforme. Además, cuando se provoca que circule la corriente de fase abierta, usando un inversor, hasta un motor síncrono de imán permanente que tiene una relación de relevancia, la inductancia de un devanado depende de la posición del rotor. Por lo tanto, la corriente puede fluir por todas la fases según la posición del rotor, haciendo con ello que sea difícil que circule corriente de fase abierta.

En la técnica descrita en la Literatura de Patente 2, uno cualquiera de los elementos de conmutación con un extremo conectado a un lado de fuente de potencia se lleva repetidamente a conducción y a corte durante un número predeterminado de veces en un período de tiempo predeterminado. Simultáneamente con todo esto, dos cualesquiera de los elementos de conmutación con un extremo conectado a un lado de tierra, se llevan a conducción durante el período predeterminado de tiempo, y después se invierte la corriente que circula por la bobina del estator. Por lo tanto, la frecuencia de la corriente que se provoca que circule hasta el devanado no puede ser de frecuencia alta, y por lo tanto existe una limitación sobre la generación de pérdidas en el hierro con el uso de la alta frecuencia y no se puede mejorar la eficiencia. Además, se puede generar ruido.

Un objeto de la presente invención consiste en calentar un refrigerante acumulado en un compresor eficazmente.

Solución al problema Un dispositivo de bomba de calor según la presente invención incluye: un compresor que tiene un mecanismo de compresión que comprime un refrigerante; un motor que opera el mecanismo de compresión proporcionado en el compresor; un inversor trifásico que aplica una tensión predeterminada al motor y que está configurado por circuitos de conexión, conectados en serie, de dos elementos de conmutación en paralelo para las tres fases; y una unidad de control de inversor que controla el inversor trifásico, en donde la unidad de control de inversor incluye una unidad de conmutación de fase que conmuta una fase 1 y una fase 2 diferente de la fase 1 sustancialmente en 180 grados y proporciona la salida la fase, sincrónicamente con una señal de referencia que tiene una frecuencia predeterminada, una unidad de adición que cambia un valor n, el cual es un número entero igual o mayor que 0, para cada tiempo predeterminado, y presenta a la salida una fase 3 obtenida por adición de una fase plus, la cual es n veces la magnitud de 60 grados, a la salida de fase procedente de la unidad de conmutación de fase, una unidad de generación de tensión que genera valores de comando Vu*, Vv*, y Vw* de tensión trifásica en base a la salida de fase 3 mediante la unidad de adición y presenta a la salida estos valores de comando de tensión, y una unidad de generación de señal de excitación que compara los valores de comando de tensión trifásica Vu*, Vv* y Vw* de salida desde la unidad de generación de tensión con la señal de referencia para generar seis señales excitadoras correspondientes a elementos de conmutación respectivos del inversor trifásico, y presenta a la salida señales excitadoras generadas respectivas para los elementos de conmutación correspondientes del inversor 2 5

trifásico, generando con ello una tensión de AC de alta frecuencia en el inversor trifásico.

Efectos ventajosos de la invención El dispositivo de bomba de calor según la presente invención genera señales excitadoras basadas en la fase 1 y en la fase 2 conmutadas y presentadas en la salida en sincronía con una señal de portadora. Por consiguiente, se puede generar una tensión de alta frecuencia que tiene una alta precisión de forma de onda de salida, y el refrigerante acumulado en el compresor puede ser calentado eficazmente, mientras que se suprime la generación de ruido.

Además, el dispositivo de bomba de calor según la presente invención genera señales excitadoras en base a la fase 3 obtenida por adición de la fase plus cambiada durante cada tiempo predeterminado a la fase 1 o la fase 2. Por consiguiente, incluso en el caso de un motor de MPI, el refrigerante acumulado en el compresor puede ser calentado apropiadamente, con independencia de la posición de parada del rotor.

En particular, puesto que la fase plus es un múltiplo entero de 60 grados, el ruido del motor, las vibraciones del eje del motor, y similares, causados por una distorsión o similar de una forma de onda de la corriente, pueden ser suprimidos.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1 representa una configuración de un dispositivo de bomba de calor 100 según un primer ejemplo; La Figura 2 representa una forma de onda de entrada/salida de una unidad de generación de señal de PWM 17; La Figura 3 es un diagrama de flujo de la operación de una unidad de control de inversor 11; La Figura 4 representa una configuración del dispositivo de bomba de calor 100 según un segundo ejemplo; La Figura 5 es un diagrama de tiempo cuando una unidad de conmutación de fase 19 conmuta las fases 1 y 2

alternativamente en instantes de niveles superiores y niveles inferiores de una señal de portadora; La Figura 6 es un diagrama explicativo de un cambio en un vector de tensión mostrado en la Figura 5; La Figura 7 es un diagrama de tiempo cuando la unidad de conmutación de fase 19 conmuta las fases 1 y 2

alternativamente en instantes de los niveles inferiores de la señal de portadora;

La Figura 8 es un diagrama explicativo de la posición de un rotor (una posición de parada del rotor) de un motor de MPI; La Figura 9 representa un cambio de corriente debido a la posición del rotor; La Figura 10 representa una configuración del dispositivo de bomba de calor 100 según una primera realización de la invención; La Figura 11 representa una tensión aplicada cuando plus se cambia con el transcurso del tiempo; La Figura 12 es un diagrama explicativo de una tensión intermedia; La Figura 13 es un diagrama de tiempo en el momento en que plus es de 45 grados, cuando la unidad de conmutación de fase 19 conmuta las fases 1 y 2 alternativamente en los instantes de niveles superiores y niveles inferiores de la señal de portadora; La Figura 14 representa un flujo de corriente a fases UVW respectivas de un motor, cuando plus es 0 grados, 30 grados y 60 grados;

La Figura 15 representa una forma de onda de la corriente cuando se conmuta una fase de energización;

La Figura 16 representa una relación entre la plus y una amplitud de salida A por medio de una unidad de amplitud de salida 16; La Figura 17 representa un estado en que la forma de onda de la corriente se mejora cambiando la amplitud A

conforme a la conmutación de la plus;

La Figura 18 representa un circuito excitador 21 que excita elementos de conmutación 18 respectivos de un inversor 9, tras la recepción de señales PWM desde la unidad de generación de señal de PWM 17; La Figura 19 representa una relación entre la plus y la generación de un pulso de carga; La Figura 20 es un diagrama de configuración de circuito del dispositivo de bomba de calor... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo de bomba de calor que comprende:

un compresor (1) que tiene un mecanismo de compresión (7) que comprime un refrigerante;

un motor (8) que opera el mecanismo de compresión (7) previsto en el compresor (1) ;

un inversor trifásico (9) , y una unidad de control de inversor (11) que controla el inversor (9) , en donde, la unidad de control de inversor (11) incluye:

una unidad de conmutación de fase (19) que conmuta una fase 1 y una fase 2 diferente de la fase 1 sustancialmente en 180 grados, y presenta a la salida la fase, sincrónicamente con una señal de referencia que tiene una frecuencia predeterminada;

una unidad de adición (20) que cambia un valor n, que es un número entero igual o mayor que 0, para cada instante predeterminado, y presenta a la salida una fase 3 obtenida por adición de una fase plus, la cual es n veces una magnitud de 60 grados, a la salida de fase desde la unidad de conmutación de fase (19) , una unidad de generación de tensión (13) que genera un valor de comando de tensión en base a la fase 3 presentada a la salida por la unidad de adición (20) , y presenta a la salida el valor de comando de tensión, y una unidad de generación de señal excitadora (17) que, en base a una salida desde la unidad de generación de tensión (13) , genera señales excitadoras correspondientes a elementos de conmutación (18a a 18f) respectivos del inversor (9) , presenta a la salida señales excitadoras generadas respectivas para los elementos de conmutación (18a a 18f) correspondientes del inversor (9) , y genera una tensión de AC de alta frecuencia en el inversor (9) .

2. El dispositivo de bomba de calor según la reivindicación 1, en donde, la unidad de generación de señal excitadora (17) presenta a la salida una señal excitadora que lleva a conducción uno de dos elementos de conmutación (18a a 18f) en cada circuito conectado en serie del inversor trifásico (9) y lleva el otro a corte, y presenta a la salida una señal excitadora que tiene un patrón de conmutación en el que uno o dos elementos de conmutación (18a a 18f) , entre los elementos de conmutación (18a a 18f) en un lado de tensión positiva del inversor trifásico (9) , son llevados a conducción, de tal manera que solamente se presenta a la salida un patrón en un período de un semiciclo de la señal de referencia.

3. El dispositivo de bomba de calor según la reivindicación 1 ó 2, que comprende además:

una unidad de salida de amplitud (16) que presenta a la salida una amplitud A que tiene una anchura predeterminada, de tal manera que cuando la unidad de adición (20) cambia el valor n, la amplitud A se reduce, y después de que la unidad de adición (20) ha cambiado el valor n, la amplitud A se incrementa gradualmente para volver a la anchura predeterminada original, en donde, la unidad de generación de tensión (13) genera el valor de comando de tensión en base a la salida de fase 3 desde la unidad de adición (20) y la salida de amplitud A desde la unidad de salida de amplitud (16) .

4. El dispositivo de bomba de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además:

un circuito excitador (21) que excita los elementos de conmutación (18a a 18f) en el circuito conectado en serie del inversor (9) , en donde, el circuito excitador (21) incluye:

un circuito excitador (27) del lado de tensión negativa activado por una tensión de una fuente de alimentación conmutada para excitar el elemento de conmutación (18a a 18f) en un lado de tensión negativa del inversor (9) , y un circuito excitador (28) del lado de tensión positiva activado por una tensión de un condensador (25) cargado mediante la activación del circuito excitador (27) del lado de tensión negativa para excitar el elemento de conmutación (18a a 18f) en un lado de tensión positiva del inversor (9) , y la unidad de control de inversor (11) activa el circuito excitador (27) del lado de tensión negativa cuando la unidad de adición (20) cambia el valor n y carga el condensador con la tensión.

5. El dispositivo de bomba de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la unidad de generación de tensión (13) presenta a la salida un valor de comando de tensión de AC que tiene una frecuencia más 16 5

alta que una frecuencia operativa en un instante de una operación de compresión del motor (8) .

6. El dispositivo de bomba de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la unidad de conmutación de fase (19) conmuta la fase en los instantes de al menos alguno de los niveles superiores y niveles inferiores de la señal de referencia.

7. El dispositivo de bomba de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el rotor del motor (8) tiene una estructura de MPI (Imán Permanente Interior) .

8. El dispositivo de bomba de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde, la unidad de control de inversor (11) incluye además una unidad de detección (12) que detecta un estado en el que la temperatura del aire exterior se ha elevado más que una temperatura predeterminada, en comparación con una temperatura anterior a un instante predeterminado, y cuando la unidad de detección (12) ha detectado el estado, la unidad de generación de tensión (13) presenta a la salida el valor de comando de tensión.

9. El dispositivo de bomba de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende además una unidad de detección (12) que detecta que un estado en el que la temperatura del compresor (1) sigue siendo más baja que la temperatura del aire del exterior continúa durante un tiempo predeterminado, en donde, cuando la unidad de detección (12) ha detectado el estado, la unidad de generación de tensión (13) presenta a la salida el valor de comando de tensión.

10. El dispositivo de bomba de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la unidad de generación de tensión (13) presenta a la salida el valor de comando de tensión, cada vez que ha pasado el tiempo predeterminado desde el corte del compresor (1) .

11. El dispositivo de bomba de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde los elementos de conmutación (18a a 18f) que constituyen el inversor (9) son semiconductores de banda prohibida ancha o MOSFETs que tienen una súper estructura de unión.

12. Un sistema de bomba de calor que comprende: el dispositivo de bomba de calor según la reivindicación 1 que incluye además un circuito de refrigerante (38) en el que un compresor (31) , un primer intercambiador de calor (32) , un mecanismo de expansión (33, 36) , y un segundo intercambiador de calor (37) están conectados secuencialmente por medio de una tubería; y un dispositivo (43) de uso de fluido que usa un fluido que se somete a intercambio de calor con un refrigerante en el primer intercambiador de calor (32) conectado al circuito de refrigerante.

13. Un método de control de inversor (9) en un dispositivo de bomba de calor, que incluye:

un compresor (1) que tiene un mecanismo de compresión (7) para comprimir un refrigerante, un motor (8) que opera el mecanismo de compresión (7) incluido en el compresor (1) , y un inversor (9) , en donde, el método de control de inversor comprende:

una etapa de conmutación de fase en la que una fase 1 y una fase 2 diferente de 1 sustancialmente en 180 grados son conmutadas y presentadas a la salida, sincrónicamente con una señal de referencia que tiene una frecuencia predeterminada;

una etapa de adición en la que un valor n, que es un número entero igual o mayor que 0, se cambia para cada instante predeterminado, para presentar a la salida una fase 3 obtenida por adición de una fase plus, la cual es n veces una magnitud de 60 grados, para la salida de fase desde la etapa de conmutación de fase;

una etapa de generación de tensión en la que se genera un valor de comando de tensión en base a la salida de fase 3 en la etapa de adición y presentada en la salida; y una etapa de generación de señal excitadora en la que el valor de comando de tensión presentado a la salida desde la etapa de generación de tensión se compara con la señal de referencia para generar señales excitadoras correspondientes a elementos de conmutación (18a a 18f) respectivos del inversor (9) , presentando a la salida señales excitadoras generadas respectivas para los elementos de conmutación (18a a 18f) correspondientes del inversor (9) , y generándose una tensión de AC de alta frecuencia en el inversor (9) .


 

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