变频电机散热方法、空调器

摘要

本发明提供了一种变频电机散热方法、空调器，该方法包括根据电机的频率确定电机的电机效率；根据风扇的频率确定风扇的风扇效率；根据电机效率和风扇效率，找出风扇效率不小于电机效率时的电机的频率作为电机的使用频率。由于风扇效率的效率不小于电机的效率，使得电机的绕组散热量的衰减低于绕组发热量的衰减，以确保电机绕组温升满足实际使用的要求。通过电机效率与风扇效率确定电机与风扇同时工作时的电机的使用频率，有效地提高了电机的散热效果。

权利要求

1.一种变频电机散热方法，其特征在于，包括：根据电机的频率确定所述电机的电机效率；

根据风扇的频率确定所述风扇的风扇效率；

根据所述电机效率和所述风扇效率，找出所述风扇效率不小于所述电机效率时的所述电机的频率作为所述电机的使用频率。

2.根据权利要求1所述的变频电机散热方法，其特征在于，所述电机效率为η1，所述电机效率通过以下公式获得：η1＝T×60×f1×(1-s)/(9.55×P输入×p)，其中，

所述T为所述电机的输出力矩；

所述s为所述电机的转差率；

所述p为所述电机的极对数；

所述f1所述电机的频率；

所述P输入为所述电机的输入功率。

3.根据权利要求2所述的变频电机散热方法，其特征在于，所述电机的输出力矩通过以下公式获得：T＝9.55×P输出/n1，其中，

所述P输入为所述电机的输入功率；

P输出为所述电机的输出功率；

所述n1为所述电机的转速。

4.根据权利要求3所述的变频电机散热方法，其特征在于，所述电机的转速通过以下公式获得：n1＝60×f1/p×(1-s)，其中，

所述s为所述电机的转差率；

所述f1为所述电机的频率；

所述p为所述电机的极对数。

5.根据权利要求1所述的变频电机散热方法，其特征在于，所述风扇效率为η2，所述风扇效率通过以下公式获得：η2＝Pa×Q/P风，

其中，

所述Pa为所述风扇的进风口与出风口的压力差；

所述Q为所述风扇的出风口的实测风量；

所述P风为所述风扇的风叶的输入功率。

6.根据权利要求5所述的变频电机散热方法，其特征在于，所述风扇的所述实测风量通过以下公式获得：Q＝k1×n2，

其中，

所述k1为所述风扇的风叶系数；

所述n2为所述风扇的风叶转速。

7.根据权利要求6所述的变频电机散热方法，其特征在于，所述风扇的风叶转速通过以下公式获得：n2＝k2×f2，

其中，

所述k2为所述风扇的转速系数；

所述f2为电源频率。

8.根据权利要求1所述的变频电机散热方法，其特征在于，所述风扇与所述电机同轴设置。

9.根据权利要求1所述的变频电机散热方法，其特征在于，所述使用频率为f，其中，

30HZ≤f≤50HZ。

10.一种空调器，所述空调器包括电机和风扇，所述电机和所述风扇共用一套变频电源，所述电机与所述风扇同轴设置，其特征在于，所述电机采用变频电机散热方法散热，所述变频电机散热方法为权利要求1至9中任一项所述的变频电机散热方法。

说明书

变频电机散热方法、空调器

技术领域

[0001] 本发明涉及空调设备技术领域，具体而言，涉及一种变频电机散热方法、空调器。

背景技术

[0002] 标准三相交流变频电机的散热风扇与电机转子不同轴，需单独提供电源。为保证散热效果，散热风扇的转速保持恒定，不随变频电机本体转子转速的降低而降低，导致变频电机需提供两套不同的电源才能正常工作。其中，三相异步电动机的结构与单相异步电动机相似，其定子铁心槽中嵌装三相绕组(有单层链式、单层同心式和单层交叉式三种结构)。定子绕组成接入三相交流电源后，绕组电流产生的旋转磁场，在转子导体中产生感应电流，转子在感应电流和气隙旋转磁场的相互作用下，又产生电磁转柜(即异步转柜)，使电动机旋转。

发明内容

[0003] 本发明的主要目的在于提供一种变频电机散热方法、空调器，以解决现有技术中变频电机散热效果不能满足实际需求的问题。

[0004] 进一步地，为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种变频电机散热方法，包括：根据电机的频率确定电机的电机效率；根据风扇的频率确定风扇的风扇效率；根据电机效率和风扇效率，找出风扇效率不小于电机效率时的电机的频率作为电机的使用频率。

[0005] 进一步地，电机效率为η1，电机效率通过以下公式获得：

[0006] η1＝T×60×f1×(1-s)/(9.55×P输入×p)，

[0007] 其中，T为电机的输出力矩；s为电机的转差率；p为电机的极对数；f1电机的频率；P输入为电机的输入功率。

[0008] 进一步地，电机的输出力矩通过以下公式获得：

[0009] T＝9.55×P输出/n1，

[0010] 其中，P输入为电机的输入功率；n1为电机的转速。

[0011] 进一步地，电机的转速通过以下公式获得：

[0012] n1＝60×f1/p×(1-s)，

[0013] 其中，s为电机的转差率；f1为电机的频率；

[0014] p为电机的极对数。

[0015] 进一步地，风扇效率为η2，风扇效率通过以下公式获得：

[0016] η2＝pa×Q/P风，

[0017] 其中，Pa为风扇的进风口与出风口的压力差；Q为风扇的出风口的实测风量；P风为风扇的风叶的输入功率。

[0018] 进一步地，风扇的实测风量通过以下公式获得：

[0019] Q＝k1×n2，

[0020] 其中，k1为风扇的风叶系数；n2为风扇的风叶转速。

[0021] 进一步地，风扇的风叶转速通过以下公式获得：

[0022] n2＝k2×f2，

[0023] 其中，k2为风扇的转速系数；f2为电源频率。

[0024] 进一步地，风扇与电机同轴设置。

[0025] 进一步地，使用频率为f，其中，30HZ≤f≤50HZ。

[0026] 根据本发明的另一方面，提供了一种空调器，空调器包括电机和风扇，电机和风扇共用一套变频电源，电机与风扇同轴设置，电机采用变频电机散热方法散热，变频电机散热方法为上述的变频电机散热方法。

[0027] 应用本发明的技术方案，变频电机散热方法包括根据电机的频率确定电机的电机效率，根据风扇的频率确定风扇的风扇效率，根据电机效率和风扇效率，找出风扇效率不小于电机效率时的电机的频率作为电机的使用频率。由于风扇效率的效率不小于电机的效率，使得电机的绕组散热量的衰减低于绕组发热量的衰减，以确保电机绕组温升满足实际使用的要求。通过电机效率与风扇效率确定电机与风扇同时工作时的电机的使用频率，有效地提高了电机的散热效果。

附图说明

[0028] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0029] 图1示出了根据本发明的电机效率与风扇效率的关系示意图。

具体实施方式

[0030] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0031] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0032] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0033] 需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0034] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

[0035] 现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

[0036] 如图1所示，根据本发明的一个方面，提供了一种变频电机散热方法。根据本发明提供的第一实施例，该方法包括根据电机的频率确定电机的电机效率，根据风扇的频率确定风扇的风扇效率，根据电机效率和风扇效率，找出风扇效率不小于电机效率时的电机的频率作为电机的使用频率。

[0037] 在本实施例中，由于风扇效率的效率不小于电机的效率，使得电机的绕组散热量的衰减低于绕组发热量的衰减，以确保电机绕组温升满足实际使用的要求。通过电机效率与风扇效率确定电机与风扇同时工作时的电机的使用频率，有效地提高了电机的散热效果。

[0038] 根据本发明的第二实施例，该方法包括首先根据电机的频率确定电机的电机效率，其次根据风扇的频率确定风扇的风扇效率，再根据电机效率和风扇效率找出风扇效率不小于电机效率时的电机的频率作为电机的使用频率。其中，可以通过绘制电机效率和风扇效率的效率曲线在同一坐标系中标出，然后从图中直观的就能确定电机的使用频率。即如图1所示，图中实线η(电机)表示的是本实施例中的变频电机的电机效率，该电机的效率是根据电机的每一个频率点进行绘制的。图中虚线η(散热)表示的是本实施例中的风扇效率。从图中可以得出，在电机频率f1与f2之间的曲线中，风扇效率即η(散热)是位于电机效率即实线η(电机)曲线的上方，即将使得位于电机效率曲线上方的电机效率即为上述的电机使用效率，在该使用效率下，电机的绕组散热量的衰减低于绕组发热量的衰减，以确保电机绕组温升满足实际使用的要求。优选地，如果将使用频率记为f，则使用频率f可以取值为：30HZ≤f≤50HZ。

[0039] 根据本发明的第三实施例，该方法包括首先根据电机的频率确定电机的电机效率，其次根据风扇的频率确定风扇的风扇效率，再根据电机效率和风扇效率找出风扇效率不小于电机效率时的电机的频率作为电机的使用频率。若记电机效率为η1，电机效率可以通过以下公式获得：

[0040] η1＝T×60×f1×(1-s)/(9.55×P输入×p)，其中，T为电机的输出力矩，s为电机的转差率，p为电机的极对数，f1电机的频率，P输入为电机的输入功率。电机的输出力矩通过以下公式获得：

[0041] T＝9.55×P输出/n1，其中，P输入为电机的输入功率，n1为电机的转速。

[0042] 电机的转速通过以下公式获得：

[0043] n1＝60×f1/p×(1-s)，其中，s为电机的转差率，f1为电机的频率，p为电机的极对数。

[0044] 记风扇效率为η2，风扇效率通过以下公式获得：η2＝Pa×Q/P风，其中，Pa为风扇的进风口与出风口的压力差，Q为风扇的出风口的实测风量，P风为风扇的风叶的输入功率。

[0045] 风扇的实测风量通过以下公式获得：

[0046] Q＝k1×n2。

[0047] 其中，k1为风扇的风叶系数，n2为风扇的风叶转速。

[0048] 风扇的风叶转速通过以下公式获得：

[0049] n2＝k2×f2，

[0050] 其中，k2为风扇的转速系数，f2为电源频率，这里所指的电源频率为外加变频电源的电压频率。

[0051] 通过上述方式的设置，使得该变频电机与风扇能够通过一套电源进行工作，增加了该变频电机的散热性能。

[0052] 根据本发明的第四实施例，该方法包括首先根据电机的频率确定电机的电机效率，其次根据风扇的频率确定风扇的风扇效率，再根据电机效率和风扇效率找出风扇效率不小于电机效率时的电机的频率作为电机的使用频率，然后将风扇与电机同轴设置并采用使用频率对风扇进行驱动。若记电机效率为η1，电机效率可以通过以下公式获得：

[0053] η1＝T×60×f1×(1-s)/(9.55×P输入×p)，其中，T为电机的输出力矩，s为电机的转差率，p为电机的极对数，f1电机的频率，P输入为电机的输入功率。

[0054] 电机的输出力矩通过以下公式获得：

[0055] T＝9.55×P输出/n1，其中，P输入为电机的输入功率，n1为电机的转速。

[0056] 电机的转速通过以下公式获得：

[0057] n1＝60×f1/p×(1-s)，其中，s为电机的转差率，f1为电机的频率，p为电机的极对数。

[0058] 记风扇效率为η2，风扇效率通过以下公式获得：

[0059] η2＝pa×Q/P风，其中，Pa为风扇的进风口与出风口的压力差，Q为风扇的出风口的实测风量，P风为风扇的风叶的输入功率。

[0060] 风扇的实测风量通过以下公式获得：

[0061] Q＝k1×n2，其中，k1为风扇的风叶系数，n2为风扇的风叶转速。

[0062] 风扇的风叶转速通过以下公式获得：

[0063] n2＝k2×f2，其中，k2为风扇的转速系数，f2为电源频率，这里所指的电源频率为外加变频电源的电压频率。

[0064] 在本实施例中，η2≥η1，其中，75％≤η1≤80％。

[0065] η1＝F(f)＝A×f/P输入，其中A＝T×60×(1-s)/(p×9.55)，P输入为装机后的实测值，每一个频率点对应的电机效率，可通过调整A得到目标电机效率。也可以在同一坐标系中将电机效率曲线作为基准，平移电机效率曲线，将形成位于电机效率曲线上方的新曲线设计成为散热风扇的效率曲线。

[0066] 根据本发明的另一方面，提供了一种空调器，空调器包括电机和风扇，电机和风扇共用一套变频电源，电机与风扇同轴设置，电机采用变频电机散热方法散热，变频电机散热方法为上述实施例中的变频电机散热方法。该方法为首先根据电机的频率确定电机的电机效率，其次根据风扇的频率确定风扇的风扇效率，再根据电机效率和风扇效率找出风扇效率不小于电机效率时的电机的频率作为电机的使用频率，然后将风扇与电机同轴设置并采用使用频率对风扇进行驱动。

[0067] 在本实施例中由于风扇效率的效率不小于即大于或等于电机的效率，使得电机的绕组散热量的衰减低于绕组发热量的衰减，以确保电机绕组温升满足实际使用的要求。通过电机效率与风扇效率确定电机与风扇同时工作时的电机的使用频率，有效地提高了电机的散热效果。采用效率曲线的差异化设计方法，实现变频电机绕组散热量的衰减低于发热量的衰减，标准三相交流变频电机与散热风扇共用一套变频电源，解决了变频电机因散热风扇转速降低导致的散热量减少的问题，确保变频电机的绕组温升仍能满足空调负载的实际使用。

[0068] 其中上述的电机均为变频电机，变频技术实际是利用电机控制学原理，通过所谓的变频器，对电机进行控制，用于此类控制的电机叫做变频电机。

[0069] 常见的变频电机包括：三相异步电机、直流无刷电机、交流无刷电机及开关磁阻电机等。

[0070] 变频电机的控制原理：

[0071] 通常变频电机的控制策略为：基速下恒转矩控制、基速以上恒功率控制、超高速范围弱磁控制。

[0072] 基速：由于电机运转时会产生反电动势，而反电动势的大小通常与转速成正比。因此当电机运转到一定速度时，由于反电动势大小与外加电压大小相同，此时的速度称为基速。

[0073] 恒转矩控制：电机在基速下，进行恒转矩控制。此时电机的反电动势E与电机的转速成正比。又电机的输出功率与电机的转矩及转速乘积成正比，因此此时电机功率与转速成正比。

[0074] 恒功率控制：当电机超过基速后，通过调节电机励磁电流来使电机的反电动势基本保持恒定，以此提高电机的转速。此时，电机的输出功率基本保持恒定，但电机转矩与转速成反比例下降。

[0075] 弱磁控制：当电机转速超过一定数值后，励磁电流已经相当小，基本不能再调节，此时进入弱磁控制阶段。

[0076] 电动机的调速与控制，是工农业各类机械及办公、民生电器设备的基础技术之一。随着电力电子技术、微电子技术的惊人发展，采用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式，正在以其卓越的性能和经济性，在调速领域，引导了一场取代传统调速方式的更新换代的变革。它给各行各业带来的福音在于：使机械自动化程度和生产效率大为提高、节约能源、提高产品合格率及产品质量、电源系统容量相应提高、设备小型化、增加舒适性，正以很快的速度取代传统的机械调速和直流调速方案。

[0077] 由于变频电源的特殊性，以及系统对高速或低速运转、转速动态响应等需求，对作为动力主体的电动机，提出了苛刻的要求，给电动机带来了在电磁、结构、绝缘各方面新的课题。

[0078] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。