[發明專利]供熱通風空調系統中的基于微機電系統的開關

有效

• 申請號: 200780053377.1
• 申請日: 2007-06-20
• 公開（公告）號: CN101680676A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: K·蘇布拉馬尼安;D·T·納卡諾;W·J·普雷默拉尼
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F24F11/00
• 分類號: F24F11/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 肖日松;楊松齡

技術領域

本發明的實施例大體涉及供熱通風空調(HVAC)，更具體地涉及采用基于微機電系統的開關裝置的HVAC系統。?

背景技術

通常，用于供熱通風空調(HVAC)應用的變速的整體式驅動器包括除了核心電子器件以外的多個輔助功率處理構件，以提供完整的功能性。主斷路器用于使整個HVAC系統開啟和關閉并保護包括連接的馬達負載的整個HVAC系統免于故障。接觸器用于繞開功率電子器件，從而允許馬達負載直接連接到電源。此外，保險絲用于保護馬達及其布線免于短路。?

主斷路器為所有下游構件提供隔離、保護和控制功能。通常，主斷路器采用傳統的斷路器，該斷路器響應慢、體積大、有噪音，并且在故障期間允許危險的電流量通過，從而導致嚴重的弧閃危害。盡管斷路器提供相似的保護，并提供在操作或跳閘之后能夠復位而不是更換的便利性，但是它們典型地包括復雜的機械系統，該復雜的機械系統具有相對于保險絲較慢的響應時間，并且在短路故障期間在上游和下游斷路器之間較少的選擇性。?

在具有電子跳閘單元的斷路器中的電子故障檢測方法典型地包括計算時間，該計算時間增加對故障的決定時間并因此增加對故障的反應時間。此外，一旦決定跳閘，由于機械慣性該機械系統響應較慢。因此，響應于短路，斷電器可允許較大量的能量(也稱為允通電能)通過斷路器。?

保險絲典型地比斷路器具有更多的選擇性，并響應于短路狀況提?供較小的變化，但是在其執行其保護功能之后必須更換。保險絲設計有串聯元件，其在預設的過電流時熔化并因此斷開電流通路。保險絲具有很多形狀和尺寸，但是設計成允許其快速插入和快速拔出以易于更換的保險絲座。制造商遵守取決于保險絲規格和額定值的用于保險絲和保險絲座的標準尺寸，使得簡易替換較容易。?

接觸器是設計成根據指令將電負載切換為閉合和斷開的電氣裝置。傳統地，機電接觸器用于控制機構中，其中機電接觸器能夠處理高達其斷開容量的開關電流。機電接觸器還可應用于電力系統中用于切換電流。然而，電力系統中的故障電流典型地高于機電接觸器的斷開容量。因此，為了在電力系統應用中采用機電接觸器，需要通過使用串聯裝置對其進行備用來保護接觸器免遭破壞，在高于接觸器的斷開容量的所有電流值條件下，該串聯裝置在接觸器斷開之前可足夠迅速地動作以中斷故障電流。?

以前設想的便于接觸器在電力系統中的使用的解決方案包括例如真空接觸器、真空中斷器和空氣接觸器。不幸地是，由于接觸器末端封裝在密封的、抽空的殼體中，故諸如真空接觸器的接觸器不使其易于目測檢查。此外，盡管真空接觸器非常適合于處理大馬達、變壓器和電容器的切換，但是已知它們導致不期望的瞬時過電壓，尤其是當負載斷開時。?

此外，機電接觸器通常使用機械開關。然而，由于這些機械開關傾向于以較慢的速度切換，故采用預測技術以估計零交叉(zerocrossing)的發生，該零交叉的發生通常是在切換事件將發生之前的數十微秒，以便于在零交叉時的斷開/閉合以降低電弧。由于在預測時間間隔內可能發生許多瞬變，故這種零交叉預測易于出錯。?

作為慢的機械開關和機電開關的替代，高速固態開關已在高速開關應用中采用。將認識到的是，這些固態開關通過電壓或偏壓的控制應用而在傳導狀態和非傳導狀態之間切換。例如，通過反向偏置固態開關，開關可轉換成非傳導狀態。然而，由于固態開關在它們切換到?非傳導狀態時在觸點之間不產生物理間隙，故它們經歷漏電流。此外，由于內部阻抗，當固態開關在傳導狀態操作時，它們經歷電壓降。電壓降和漏電流在正常操作狀況下都有助于過熱的產生，這可影響開關性能和壽命。此外，至少部分地由于與固態開關相關的內在漏電流，它們在斷路器中的應用為不實用的。?

因此，本領域存在對克服這些缺陷的電流開關電路保護布置的需求。?

發明內容

本文公開了一種HVAC系統，其包括負載馬達；主斷路器微機電系統(MEMS)開關和變頻驅動器(VFD)，該變頻驅動器(VFD)布置在負載馬達和主斷路器MEMS開關之間，并電氣地聯接到負載馬達和主斷路器MEMS開關。?