Устройство теплового насоса и установка для кондиционирования воздуха, водонагреватель с тепловым насосом, холодильная установка и морозильный аппарат, включающие в себя устройство теплового насоса

Устройство теплового насоса и установка для кондиционирования воздуха, водонагреватель с тепловым насосом, холодильная установка и морозильный аппарат, включающие в себя устройство теплового насоса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Данное изобретение относится к устройству теплового насоса, и установке для кондиционирования воздуха, водонагревателю с тепловым насосом, холодильной установке, и морозильному аппарату, включающим в себя устройство теплового насоса.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Известна технология для предотвращения застоя жидкого хладагента в компрессоре. С использованием этой технологии, во время периода нефункционирования устройства теплового насоса, используемого в установке для кондиционирования воздуха и т.п., обмотку двигателя возбуждают без приведения в движение двигателя компрессора (что далее называется «возбуждением с блокировкой»), и компрессор нагревается для испарения, таким образом, и выпуска жидкого хладагента. Например, существует технология для того, чтобы, при нахождении компрессора в резервном режиме функционирования, подавать переменное напряжение, имеющее частоту, приблизительно, 20 килогерц, которая выше, чем нормальная частота во время нормального функционирования, для того, чтобы двигатель компрессора предотвратил, таким образом, сжижение хладагента в компрессоре, посредством использования тепла, генерируемого вследствие коммутационных потерь коммутирующих элементов, из которых выполнен инвертор, и тепла, генерируемого двигателем (например, патентный документ 1).

[0003] В случае IPM-двигателя (двигателя с внутренним постоянным магнитом (Interior Permanent Magnet)), индуктивность обмотки ротора изменяется в зависимости от положения ротора. Например, описана следующая технология для предотвращения застоя хладагента в компрессоре. С использованием этой технологии, например, при истечении заданного времени, в то время как температура цикла холодильной установки равна или ниже заданного значения, переменное напряжение, имеющее частоту 14 кГц или выше, которая выше, чем нормальная частота во время нормального функционирования, подают на двигатель в компрессоре, при сдвиге фазы переменного напряжения, для эффективного нагрева, таким образом, жидкого хладагента (например, патентный документ 2).

[0004] Кроме того, например, описана технология для обеспечения сохранения количества тепла компрессора постоянным, независимо от эффектов вследствие производственных изменений и изменений окружающей среды. При использовании этой технологии, секцию, где электрический ток, протекающий в обмотке двигателя, является относительно постоянным вблизи максимума, устанавливают в качестве секции обнаружения тока, и, на основе максимального значения тока, обнаруженного при этой синхронизации, вычисляют оптимальное значение команды управления напряжением для получения мощности, необходимой для испарения и выпуска хладагента, застаивающегося в компрессоре (например, патентный документ 3).

[0005] Для сохранения количества тепла компрессора постоянным, т.е., для сохранения величины мощности, подаваемой к двигателю компрессора, постоянной, и надежного предотвращения застоя хладагента в компрессоре, необходимо более точно определять электрический ток, протекающий в обмотке двигателя. Однако, когда частота, при которой выполняют возбуждение с блокировкой двигателя компрессора, увеличивается, секция, где электрический ток, протекающий в обмотке двигателя, является относительно стабильным вблизи максимума, уменьшается, и точность обнаружения тока ухудшается. Даже когда аналоговое значение тока, обнаруженное в цикле дискретизации, подвергают AD-преобразованию для выполнения обнаружения тока, если частота, при которой выполняют возбуждение с блокировкой двигателя компрессора, является высокой, то количество отсчетов, обнаруживаемых во время одного цикла, уменьшается. Следовательно, для улучшения точности обнаружения, необходим микрокомпьютер и т.п., способный выполнять дискретизацию при высокой частоте дискретизации. Таким образом, например, описана технология для равномерного разделения цикла дискретизации, при выполнении AD-преобразования, на множество циклов дискретизации, и выполнения обнаружения тока при сдвиге множества синхронизаций дискретизации последовательно для обнаружения мощности с высокой точностью, эквивалентной точности обнаружения при дискретизации, выполняемой при частоте дискретизации, которая является увеличенной в два или более раз (например, патентный документ 4).

СПИСОК БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ССЫЛОК

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0006] Патентный документ 1: выложенная заявка на японский патент № 2004-271167

Патентный документ 2: выложенная заявка на японский патент № 2012-82996

Патентный документ 3: WO 2009/028053

Патентный документ 4: выложенная заявка на японский патент № 2012-225767

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

[0007] Однако в технологии, описанной в патентном документе 4, поскольку цикл дискретизации равномерно разделен на множество циклов дискретизации, не существует связи между синхронизацией для выполнения обнаружения тока и циклом тока. Таким образом, когда существует сдвиг синхронизации обнаружения относительно цикла тока, точность обнаружения ухудшается. Следовательно, существует проблема, состоящая в том, что величина мощности, подаваемой на двигатель компрессора, не может быть сохранена постоянной.

[0008] Данное изобретение было разработано ввиду упомянутой выше проблемы, и задачей данного изобретения является обеспечение устройства теплового насоса, которое может сохранять величину мощности, подаваемой на двигатель компрессора, постоянной, и сохранять количество тепла для компрессора постоянным, когда высокочастотное напряжение, имеющее частоту выше, чем частота во время нормального функционирования, подают на двигатель компрессора для выполнения возбуждения с блокировкой, и, таким образом, может эффективно и надежно предотвращать застой жидкого хладагента в компрессоре. Дополнительно, задачей данного изобретения является обеспечение установки для кондиционирования воздуха, водонагревателя с тепловым насосом, холодильной установки, и морозильного аппарата, включающих в себя устройство теплового насоса.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

[0009] Для решения упомянутых выше проблем и решения задачи изобретения, устройство теплового насоса согласно одному аспекту данного изобретения является устройством теплового насоса, которое включает в себя компрессор, включающий в себя механизм сжатия, который сжимает хладагент, и двигатель компрессора, который приводит в действие механизм сжатия, теплообменник, инвертор, который прикладывает требуемое напряжение к двигателю компрессора, и блок управления инвертора, который генерирует управляющий сигнал для приведения в действие инвертора, причем блок управления инвертора включает в себя блок управления возбуждением с блокировкой, который выдает команду управления фазой высокочастотного напряжения, когда высокочастотное напряжение, имеющее частоту выше, чем частота во время нормального функционирования, подают на двигатель компрессора для выполнения возбуждения с блокировкой двигателя компрессора, в то время как компрессор находится в резервном режиме функционирования, который восстанавливает, на основе соответствующих межфазных напряжений, соответствующих фазных напряжений, или соответствующих фазных токов двигателя компрессора, в течение множества циклов высокочастотного возбуждения, при выполнении возбуждения с блокировкой, соответствующие межфазные напряжения, соответствующие фазные напряжения, или соответствующие фазные токи для одного цикла высокочастотного возбуждения, и который выдает команду управления высокочастотным напряжением на основе восстановленных соответствующих значений обнаружения для одного цикла высокочастотного возбуждения, и блок генерации управляющего сигнала, который генерирует управляющий сигнал, на основе команды управления фазой высокочастотного напряжения и команды управления высокочастотным напряжением.

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Согласно данному изобретению имеется эффект, состоящий в том, что когда высокочастотное напряжение, имеющее частоту выше, чем частота во время нормального функционирования, подают на двигатель компрессора для выполнения возбуждения с блокировкой, можно сохранить величину мощности, подаваемой к двигателю компрессора, постоянной и сохранить количество тепла для компрессора постоянным, и, таким образом, эффективно и надежно предотвратить застой жидкого хладагента в компрессоре.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Фиг. 1 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации устройства теплового насоса согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 2 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации инвертора в устройстве теплового насоса согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 3 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации блока управления инвертора в устройстве теплового насоса согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 4 является схемой для объяснения функционирования блока генерации команды управления мощностью нагрева в устройстве теплового насоса согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 5 является схемой, иллюстрирующей формы сигналов для объяснения способа генерации значений команд управления напряжением и PWM-сигналов.

Фиг. 6 является схемой, иллюстрирующей восемь образцов коммутации в устройстве теплового насоса, согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 7 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации блока генерации команды управления фазой высокочастотного напряжения в устройстве теплового насоса, согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 8 является схемой, иллюстрирующей формы сигналов во время возбуждения с блокировкой в устройстве теплового насоса, согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 9 является схемой, иллюстрирующей состояния включено/выключено коммутирующих элементов в инверторе в соответствии с векторами напряжения.

Фиг. 10 является схемой, иллюстрирующей формы сигналов фазного тока, когда опорная фаза θf составляет 0°, 30°, и 60°.

Фиг. 11 является схемой, иллюстрирующей пример положения остановки ротора IPM-двигателя.

Фиг. 12 является схемой, иллюстрирующей связь между положением ротора и соответствующими фазными токами.

Фиг. 13 является схемой, иллюстрирующей пример подробной конфигурации блока вычисления мощности в устройстве теплового насоса согласно первому варианту осуществления;

Фиг. 14 является схемой, иллюстрирующей формы сигналов для объяснения способа обнаружения соответствующих линейных напряжений и соответствующих фазных токов в устройстве теплового насоса согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 15 является схемой, иллюстрирующей формы сигналов, когда значение напряжения на шине инвертора флуктуирует.

Фиг. 16 является схемой, иллюстрирующей различия в форме сигнала линейного напряжения и форме сигнала фазного тока в зависимости от различия в величине значения напряжения на шине инвертора.

Фиг. 17 является схемой, иллюстрирующей пример подробной конфигурации блока вычисления мощности в устройстве теплового насоса согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 18 является схемой, иллюстрирующей пример подробной конфигурации, отличной от подробной конфигурации, показанной на фиг. 17, блока вычисления мощности в устройстве теплового насоса согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 19 является схемой, иллюстрирующей пример подробной конфигурации блока генерации команды управления высокочастотным напряжением в устройстве теплового насоса, согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 20 является схемой, иллюстрирующей сравнительный пример управления неизменным напряжением и управления согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 21 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации цикла холодильной установки согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 22 является диаграммой Молье, иллюстрирующей переход состояний хладагента в цикле холодильной установки, показанном на фиг. 21.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0012] Устройство теплового насоса, и установка для кондиционирования воздуха, водонагреватель с тепловым насосом, холодильная установка, и морозильный аппарат, включающие в себя устройство теплового насоса, согласно вариантам осуществления данного изобретения, объяснены ниже со ссылкой на сопутствующие чертежи. Следует отметить, что данное изобретение не ограничено вариантами осуществления, объясненными ниже.

[0013] Первый вариант осуществления.

Фиг. 1 является схемой примера конфигурации устройства теплового насоса, согласно первому варианту осуществления. Как показано на фиг. 1, в устройстве 100 теплового насоса, согласно первому варианту осуществления, компрессор 1, четырехходовой вентиль 2, теплообменник 3, механизм 4 расширения, и теплообменник 5 последовательно соединены через трубопровод 6 хладагента для образования цикла 50 холодильной установки. Следует отметить, что в примере показанном на фиг. 1, показана базовая конфигурация, образующая цикл 50 холодильной установки. Некоторые компоненты на фиг. 1 опущены.

[0014] Механизм 7 сжатия, который сжимает хладагент, и двигатель 8 компрессора, который приводит в действие механизм 7 сжатия, обеспечены в компрессоре 1. Двигатель 8 компрессора является трехфазным двигателем, включающим в себя обмотки двигателя для трех фаз, т.е., U-фазы, V-фазы, и W-фазы.

[0015] Инвертор 9 электрически соединен с двигателем 8 компрессора. Инвертор 9 соединен с источником 11 постоянного напряжения и подает напряжения Vu, Vv, и Vw, соответственно, на обмотки U-фазы, V-фазы, и W-фазы двигателя 8 компрессора, с использованием, в качестве источника питания, постоянного напряжения (напряжения на шине) Vdc, подаваемого от источника 11 постоянного напряжения.

[0016] Блок 10 управления инвертора электрически соединен с инвертором 9. Блок 10 управления инвертора выдает для инвертора 9 управляющие сигналы для приведения в действие инвертора 9. Блок 10 управления инвертора имеет два режима функционирования, т.е., нормальный режим функционирования и режим функционирования с нагревом.

[0017] В нормальном режиме функционирования, блок 10 управления инвертора генерирует и выдает PWM-сигналы (сигналы с широтно-импульсной модуляцией (Pulse Width Modulation)) (управляющие сигналы) для управления вращением двигателя 8 компрессора. В режиме функционирования с нагревом, в отличие от нормального режима функционирования, блок 10 управления инвертора возбуждает двигатель 8 компрессора таким образом, чтобы двигатель 8 компрессора не приводился во вращение, когда компрессор 1 находится в резервном режиме функционирования (далее называемом «возбуждением с блокировкой»), для нагрева двигателя 8 компрессора, таким образом, нагревая и испаряя жидкий хладагент, застаивающийся в компрессоре 1, и выпуская хладагент. В данном варианте осуществления, в режиме функционирования с нагревом, блок 10 управления инвертора возбуждает двигатель 8 компрессора высокочастотным током, за которым двигатель 8 компрессора не может следовать (что далее называется «высокочастотным возбуждением»), для нагрева, таким образом, жидкого хладагента, застаивающегося в компрессоре 1, с использованием тепла, генерируемого в двигателе 8 компрессора.

[0018] При выполнении высокочастотного возбуждения, если высокочастотное напряжение, имеющее частоту, равную или более высокую, чем рабочая частота во время операции сжатия, прикладывают к двигателю 8 компрессора, то ротор в двигателе 8 компрессора не может следовать за высокочастотным напряжением; следовательно, не происходит вращения и вибрации. Следовательно, необходимо установить частоту выходного сигнала напряжения от инвертора 9 равной или более высокой, чем рабочая частота во время операции сжатия.

[0019] В большинстве случаев, рабочая частота во время операции сжатия составляет, приблизительно, не более, чем 1 кГц. Следовательно, при выполнении высокочастотного возбуждения, в то время как компрессор 1 находится в резервном режиме функционирования, к двигателю 8 компрессора необходимо приложить высокочастотное напряжение с частотой, равной или более высокой, чем 1 кГц, которая является рабочей частотой во время операции сжатия. Например, если высокочастотное напряжение с частотой, равной или более высокой, чем 14 кГц, прикладывают к двигателю 8 компрессора, то звук вибрации стального сердечника двигателя 8 компрессора близко приближается к верхней границе слышимой частоты. Следовательно, существует также эффект уменьшения шума. Например, если установить высокочастотное напряжение с частотой, приблизительно, 20 кГц, которая находится за пределами слышимых частот, то можно дополнительно уменьшить шум. Однако, при выполнении высокочастотного возбуждения, желательно, для обеспечения надежности, приложить высокочастотное напряжение, имеющее частоту, равную или меньшую, чем максимальная номинальная рабочая частота коммутирующих элементов в инверторе 9.

[0020] В случае, когда двигатель 8 компрессора является двигателем со встроенным магнитом, имеющим структуру IPM (внутренний постоянный магнит (Interior Permanent Magnet)), при выполнении высокочастотного возбуждения, поверхность ротора, которую пересекает высокочастотный магнитный поток, также становится участком генерации тепла. Следовательно, можно реализовать быстрый нагрев механизма сжатия посредством увеличения контактной поверхности хладагента. Таким образом, хладагент может быть нагрет более эффективно.

[0021] Компоненты и операции для реализации операции режима функционирования с нагревом объяснены ниже.

[0022] Блок 10 управления инвертора включает в себя блок 12 управления возбуждением с блокировкой и блок 13 генерации управляющего сигнала, которые являются компонентами для реализации режима функционирования с нагревом. Блок 12 управления возбуждением с блокировкой включает в себя блок 14 вычисления мощности, блок 15 генерации команды управления высокочастотным напряжением, блок 16 генерации команды управления фазой высокочастотного напряжения, и блок 17 генерации команды управления мощностью нагрева. Следует отметить, что на этой фигуре, некоторые из компонентов для реализации нормального режима функционирования опущены.

[0023] Фиг. 2 является схемой примера конфигурации инвертора 9 в устройстве теплового насоса, согласно первому варианту осуществления. Как показано на фиг. 2, инвертор 9 включает в себя соединенные по мостовой схеме коммутирующие элементы 70а-70f и диоды 80a-80f обратного тока, соответственно, соединенные параллельно с коммутирующими элементами 70a-70f. Инвертор 9 соединен с источником 11 постоянного напряжения. Согласно PWM-сигналам (UP, VP, WP, UN, VN, и WN), отправляемым от блока 10 управления инвертора, инвертор 9 управляет коммутирующими элементами, соответственно, в соответствии с PWM-сигналами (UP соответствует коммутирующему элементу 70a, VP соответствует коммутирующему элементу 70b, WP соответствует коммутирующему элементу 70c, UN соответствует коммутирующему элементу 70d, VN соответствует коммутирующему элементу 70e, и WN соответствует коммутирующему элементу 70f) с использованием напряжения на шине Vdc в качестве источника питания для генерации напряжений Vu, Vv, и Vw для трех фаз, прикладываемых, соответственно, к обмоткам U-фазы, V-фазы, и W-фазы двигателя 8 компрессора.

[0024] Фиг. 3 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации блока управления инвертора согласно первому варианту осуществления. Блок 10 управления инвертора выполнен с возможностью включать в себя, как объяснено выше, блок 12 управления возбуждением с блокировкой, включающий в себя блок 14 вычисления мощности, блок 15 генерации команды управления высокочастотным напряжением, блок 16 генерации команды управления фазой высокочастотного напряжения, и блок 17 генерации команды управления мощностью нагрева, и блок 13 генерации управляющего сигнала, включающий в себя блок 19 вычисления команды управления напряжением и блок 20 генерации PWM-сигнала.

[0025] Блок 16 генерации команды управления фазой высокочастотного напряжения генерирует и выдает команду θ управления фазой высокочастотного напряжения при выполнении возбуждения с блокировкой.

[0026] Блок 14 вычисления мощности восстанавливает, на основе соответствующих межфазных напряжений, соответствующих фазных напряжений, или соответствующих фазных токов (на фиг. 3, показанных, как "V" и "I") двигателя 8 компрессора в течение множества циклов высокочастотного возбуждения, при выполнении возбуждения с блокировкой, соответствующие межфазные напряжения, соответствующие фазные напряжения, или соответствующие фазные токи для одного цикла высокочастотного возбуждения, и вычисляет значение мощности P, подаваемой к двигателю 8 компрессора, с использованием восстановленных значений обнаружения для одного цикла высокочастотного возбуждения. Следует отметить, что детекторы напряжения или детекторы тока, которые обнаруживают соответствующие межфазные напряжения, соответствующие фазные напряжения, или соответствующие фазные токи двигателя 8 компрессора, не показаны на этой фигуре. Однако, только известные детекторы должны быть использованы в качестве таких детекторов. Данное изобретение не ограничено конфигурациями и типами этих детекторов.

[0027] Блок 17 генерации команды управления мощностью нагрева обнаруживает по меньшей мере одно из температуры любых частей или компонентов, конфигурирующих устройство 100 теплового насоса, и атмосферной температуры (на фиг. 3, показанной как "T"), оценивает количество жидкого хладагента, застаивающегося в компрессоре 1, и генерирует команду P* управления мощностью нагрева, необходимую для выпуска жидкого хладагента за пределы компрессора 1.

[0028] Блок 15 генерации команды управления высокочастотным напряжением генерирует команду V* управления высокочастотным напряжением таким образом, чтобы значение мощности P, вычисленное посредством блока 14 вычисления мощности, совпадало с командой P* управления мощностью нагрева, генерируемой посредством блока 17 генерации команды управления мощностью нагрева.

[0029] Блок 19 вычисления команды управления напряжением генерирует значения Vu*, Vv* и Vw* команд управления напряжениями трех фаз (U-фазы, V-фазы и W-фазы), на основе команды V* управления высокочастотным напряжением и команды θ управления фазой высокочастотного напряжения.

[0030] Блок 20 генерации PWM-сигнала генерирует, на основе значений Vu*, Vv* и Vw* команд управления напряжениями трех фаз и напряжения на шине Vdc, PWM-сигналы (UP, VP, WP, UN, VN, и WN) для приведения в действие инвертора 9.

[0031] Функционирование блока 17 генерации команды управления мощностью нагрева в устройстве 100 теплового насоса согласно первому варианту осуществления, объяснено со ссылкой на фиг. 4. Фиг. 4 является схемой для объяснения функционирования блока генерации команды управления мощностью нагрева в устройстве теплового насоса согласно первому варианту осуществления.

[0032] Блок 17 генерации команды управления мощностью нагрева обнаруживает атмосферную температуру Tc (например, температуру наружного воздуха) вокруг компрессора 1 и температуру To (температуру компрессора) компрессора 1 и оценивает, на основе атмосферной температуры Tc и температуры To компрессора, количество жидкого хладагента, застаивающегося в компрессоре 1. Хладагент, циркулирующий в цикле 50 холодильной установки, конденсируется и застаивается в месте, где температура является самой низкой среди компонентов, образующих цикл 50 холодильной установки. Компрессор 1 имеет наибольшую теплоемкость среди компонентов, образующих цикл 50 холодильной установки. Следовательно, как показано на фиг. 4(а), температура To компрессора возрастает позже возрастания атмосферной температуры Tc. Таким образом, компрессор 1 имеет самую низкую температуру. Следовательно, жидкий хладагент застаивается в компрессоре 1. В данном варианте осуществления, блок 17 генерации команды управления мощностью нагрева оценивает количество жидкого хладагента в единицу времени t, как показано на фиг. 4(b), на основе, например, связи между атмосферной температурой Tc и температурой To компрессора, полученной заранее экспериментальным или другим путем. Следует отметить, что, когда теплоемкость компрессора 1 известна заранее, можно оценить количество жидкого хладагента в единицу времени t посредством обнаружения только атмосферной температуры Tc, оценивая степень задержки в изменении температуры To компрессора относительно изменения атмосферной температуры Tc. В этом случае, можно уменьшить количество датчиков для обнаружения температуры To компрессора и, таким образом, уменьшить затраты. Совершенно очевидно, что также можно оценить количество жидкого хладагента в единицу времени t посредством обнаружения, вместо атмосферной температуры Tc, температуры теплообменника 3 и т.п., имеющего теплоемкость, меньшую, чем теплоемкость компрессора 1, среди компонентов, образующих цикл 50 холодильной установки.

[0033] Количество жидкого хладагента в компрессоре 1 может быть обнаружено более прямым способом. Например, можно реализовать обнаружение с использованием, в качестве датчика для обнаружения количества жидкого хладагента в компрессоре 1, например, емкостного датчика для измерения количества жидкости или датчика для измерения расстояния между верхней частью компрессора 1 и поверхностью жидкости хладагента с использованием лазера, звука, электромагнитных волн, и т.п. Следует отметить, что в качестве способа оценки или обнаружения количества жидкого хладагента, может быть использован любой из способов, объясненных выше.

[0034] Блок 17 генерации команды управления мощностью нагрева вычисляет, согласно оцененному или обнаруженному количеству жидкого хладагента, команду P* управления мощностью нагрева, необходимую для выпуска жидкого хладагента, застаивающегося в компрессоре 1, и выдает команду P* управления мощностью нагрева для блока 15 генерации команды управления высокочастотным напряжением. Когда количество жидкого хладагента, застаивающегося в компрессоре 1, является большим, команде P* управления мощностью нагрева присваивают большое значение. Когда количество жидкого хладагента равно нулю, команде P* управления мощностью нагрева присваивают нулевое значение или обеспечивают управление таким образом, чтобы нагрев прекратился. Следовательно, можно получить мощность для минимально необходимого количества тепла. Команда P* управления мощностью нагрева изменяется в зависимости от типа и размера компрессора 1. Когда компрессор 1 является большим, выполнен из слабо проводящего тепло материала, или имеет плохо проводящую тепло форму, должна быть только увеличена команда P*управления мощностью нагрева. Это может быть реализовано посредством, например, сохранения множества таблиц, указывающих на связь между количеством жидкого хладагента и командой P* управления мощностью нагрева, и считывания, из таблицы, соответствующей типу или размеру компрессора 1, команды P* управления мощностью нагрева, соответствующей количеству жидкого хладагента, застаивающегося в компрессоре 1.

[0035] Способ генерации значений команд Vu*, Vv* и Vw* управления напряжением посредством блока 19 вычисления команд управления напряжением и способ генерации PWM-сигналов посредством блока 20 генерации PWM-сигналов объяснены со ссылкой на фиг. 5 и фиг. 6.

[0036] Фиг. 5 является схемой, иллюстрирующей формы сигналов для объяснения способа генерации значений команд управления напряжением и PWM-сигналов.

[0037] Когда двигатель 8 компрессора является трехфазным двигателем, в общем, U-фаза, V-фаза, и W-фаза отличаются друг от друга на 120° (=2π/3). Следовательно, значения команд Vu*, Vv* и Vw* управления напряжением определяются, как косинусоидальные сигналы (синусоидальные сигналы), имеющие фазы, отличающиеся друг от друга на 2π/3, как показано в следующих Уравнениях (1)-(3):

[0038]

Vu*=V*cosθ (1)

Vv*=V*cos(θ-(2/3)π) (2)

Vw*=V*cos(θ+(2/3)π) (3)

[0039] Блок 19 вычисления команд управления напряжением вычисляет, на основе команды V* управления напряжением и команды θ управления фазой напряжения, значения команд Vu*, Vv* и Vw* управления напряжением, с использованием Уравнений (1)-(3), и выдает значения команд Vu*, Vv* и Vw* управления напряжением для блока 20 генерации PWM-сигналов. Блок 20 генерации PWM-сигналов сравнивает значения команд Vu*, Vv* и Vw* управления напряжением с несущим сигналом (опорным сигналом), имеющим амплитудное значение ±(Vdc/2) на заданной частоте, и генерирует PWM-сигналы UP, VP, WP, UN, VN, и WN на основе связи их величин друг с другом.

[0040] Следует отметить, что в Уравнениях (1)-(3), команды Vu*, Vv* и Vw* управления напряжением вычисляют с помощью простых тригонометрических функций; однако, кроме способа, объясненного выше, значения Vu*, Vv* и Vw* команд управления напряжением могут быть вычислены с использованием других способов, таких как двухфазная модуляция, модуляция с суперпозицией третьей гармоники, и пространственно-векторная модуляция.

[0041] Когда значение команды Vu* управления напряжением является большим, чем несущий сигнал, UP устанавливают равным напряжению для включения коммутирующего элемента 70a, а UN устанавливают равным напряжению для выключения коммутирующего элемента 70d. Когда значение команды Vu* управления напряжением является меньшим, чем несущий сигнал, напротив, UP устанавливают равным напряжению для выключения коммутирующего элемента 70a, а UN устанавливают равным напряжению для включения коммутирующего элемента 70d. То же самое применяют к другим сигналам. Конкретно, VP и VN определяют посредством сравнения значения команды Vv* управления напряжением и несущего сигнала, а WP и WN определяют посредством сравнения значения команды Vw* управления напряжением и несущего сигнала.

[0042] В случае инверторов общего назначения, принята комплементарная PWM-система. Таким образом, UP и UN, VP и VN, и WP и WN связаны отношениями логической инверсии друг с другом. Следовательно, всего существует восемь образцов коммутации.

[0043] Фиг. 6 является схемой, иллюстрирующей восемь образцов коммутации в устройстве теплового насоса согласно первому варианту осуществления. Следует отметить, что на фиг. 6, обозначения V0-V7 относятся к векторам напряжений, генерируемым соответствующими образцами коммутации. Направления напряжений соответствующих векторов напряжений представлены посредством ±U, ±V, и ±W (и 0, когда напряжение не генерируется). Здесь, +U указывает на напряжение для генерации электрического тока в направлении U-фазы, втекающего в двигатель 8 компрессора через U-фазу и вытекающего из двигателя 8 компрессора через V-фазу и W-фазу, а -U указывает на напряжение для генерации электрического тока в направлении -U-фазы, втекающего в двигатель 8 компрессора через V-фазу и W-фазу и вытекающего из двигателя 8 компрессора через U-фазу. Такая же интерпретация применима к ±V и ±W.

[0044] Посредством комбинирования образцов коммутации, показанных на фиг. 6, можно обеспечить, чтобы инвертор 9 выдавал необходимые напряжения. Например, в нормальном режиме функционирования, для выполнения нормальной операции сжатия, обычной практикой является изменение команды θ управления фазой напряжения в приведенных выше Уравнениях (1)-(3) в пределах диапазона от нескольких десятков герц до нескольких сотен герц, и обеспечения возможности функционирования инвертора 9 в пределах этого диапазона. В данном варианте осуществления, в режиме функционирования с нагревом, посредством изменения команды θ управления фазой напряжения быстрее, чем в нормальном режиме функционирования, можно обеспечить высокочастотное переменное напряжение, имеющее частоту, равную или более высокую, чем несколько килогерц и возбудить двигатель 8 компрессора (высокочастотное возбуждение) для выполнения операции с блокировкой.

[0045] Конфигурация и функционирование блока 16 генерации команды управления фазой высокочастотного напряжения в устройстве 100 теплового насоса согласно первому варианту осуществления, объяснены со ссылкой на фиг. 7-10.

[0046] Фиг. 7 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации блока генерации команды управления фазой высокочастотного напряжения в устройстве теплового насоса согласно первому варианту осуществления. Фиг. 8 является схемой, иллюстрирующей формы сигналов во время возбуждения с блокировкой в устройстве теплового насоса, согласно первому варианту осуществления.

[0047] Как показано на фиг. 7, блок 16 генерации команды управления фазой высокочастотного напряжения в первом варианте осуществления включает в себя блок 22 инвертирования фазы высокочастотного напряжения, который инвертирует команду θ управления фазой высокочастотного напряжения в синхронизации с несущим сигналом, и блок 23а суммирования, который суммирует опорную фазу θf с выходным сигналом блока 22 инвертирования фазы высокочастотного напряжения.

[0048] В случае инверторов общего назначения, несущая частота, которая является частотой несущего сигнала, имеет верхний предел вследствие скорости коммутации коммутирующих элементов инверторов. Следовательно, трудно обеспечить выходной сигнал высокочастотного напряжения, имеющий частоту, равную или более высокую, чем несущая частота, которая является несущим сигналом. Следует отметить, что в случае IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором (Insulated Gate Bipolar Transistors)) общего назначения, верхний предел скорости коммутации составляет, приблизительно, 20 килогерц.

[0049] Когда частота высокочастотного напряжения является равной или более высокой, чем, приблизительно, 1/10 несущей частоты, могут наблюдаться неблагоприятные эффекты, такие как ухудшение точности выходного сигнала высокочастотного напряжения и суперпозиция DC-компонентов. Ввиду упомянутого выше, когда несущая частота установлена равной 20 килогерц, если частота высокочастотного напряжения установлена равной или меньшей, чем 1/10 несущей частоты, то частота высокочастотного напряжения является равной или меньшей, чем 2 килогерца, тогда частота высокочастотного напряжения попадает в пределы диапазона слышимых частот. Следовательно, шум вследствие электромагнитного звука двигателя компрессора является проблемой.

[0050] Таким образом, в данном варианте осуществления, как показано на фиг. 8, команду θ управления фазой высокочастотного напряжения инвертируют на 180° в каждом периоде времени, а именно, от высшей точки к низшей точке несущего сигнала, т.е., в каждом цикле несущей частоты fc (1/fc). При такой конфигурации, значения Vu*, Vv* и Vw* команд управления напряжением, инвертированные в синхронизации с несущим сигналом, получают на более позднем этапе в блоке 19 вычисления команд управления напряжением. Дополнительно, очень точные PWM-сигналы UP, VP, WP, UN, VN, и WN, синхронизированные с несущим сигналом, генерируют в блоке 20 генерации PWM-сигналов на еще более позднем этапе. В этот момент, вектор напряжения изменяется в следующем порядке V0 (UP=VP=WP=0), V4 (UP=1, VP=WP=0), V7 (UP=VP=WP=1), V3 (UP=0, VP=WP=1), V0 (UP=VP=WP=0), ….

[0051] Фиг. 9 является схемой, иллюстрирующей состояния включено/выключено коммутирующих элементов в инверторе, в соответствии с векторами напряжения. В принципиальных схемах, показанных на фиг. 9, коммутирующие элементы, окруженные пунктирными линиями, являются включенными, а другие коммутирующие элементы являются выключенными. Направление смены толстой стрелки, указывающее на изменение порядка векторов напряжения (направление смены векторов напряжения V0→V4→V7→V3→0 …) соответствует примеру, показанному на фиг. 9.

[0052] В примере, показанном на фиг. 9, PWM-сигналы UP, VP, WP, UN, VN, и WN циклически повторяют четыре схемных состояния, показанные на фиг. 9, один раз в течение одного цикла несущего сигнала. В результате, электрический ток, имеющий цикл, эквивалентный одному циклу несущего сигнала, подают к двигателю 8 компрессора.

[0053] Как показано на фиг. 9, когда применяют вектор V0 или вектор V7, линии двигателя 8 компрессора являются короткозамкнутыми, и никакое напряжение не выдается. В этом случае, энергия, запасенная в индуктивности двигателя 8 компрессора, преобразуется в электрический ток и протекает через короткозамкнутую цепь. Когда применяют вектор V4, протекает электрический ток (+Iu) в направлении U-фазы, втекающий в двигатель 8 компрессора через U-фазу и вытекающий из двигателя 8 компрессора через V-фазу и W-фазу. Когда применя