[发明专利]供热通风空调系统中的基于微机电系统的开关

说明书

技术领域

本发明的实施例大体涉及供热通风空调(HVAC)，更具体地涉及采用基于微机电系统的开关装置的HVAC系统。 

背景技术

通常，用于供热通风空调(HVAC)应用的变速的整体式驱动器包括除了核心电子器件以外的多个辅助功率处理构件，以提供完整的功能性。主断路器用于使整个HVAC系统开启和关闭并保护包括连接的马达负载的整个HVAC系统免于故障。接触器用于绕开功率电子器件，从而允许马达负载直接连接到电源。此外，保险丝用于保护马达及其布线免于短路。 

主断路器为所有下游构件提供隔离、保护和控制功能。通常，主断路器采用传统的断路器，该断路器响应慢、体积大、有噪音，并且在故障期间允许危险的电流量通过，从而导致严重的弧闪危害。尽管断路器提供相似的保护，并提供在操作或跳闸之后能够复位而不是更换的便利性，但是它们典型地包括复杂的机械系统，该复杂的机械系统具有相对于保险丝较慢的响应时间，并且在短路故障期间在上游和下游断路器之间较少的选择性。 

在具有电子跳闸单元的断路器中的电子故障检测方法典型地包括计算时间，该计算时间增加对故障的决定时间并因此增加对故障的反应时间。此外，一旦决定跳闸，由于机械惯性该机械系统响应较慢。因此，响应于短路，断电器可允许较大量的能量(也称为允通电能)通过断路器。 

保险丝典型地比断路器具有更多的选择性，并响应于短路状况提 供较小的变化，但是在其执行其保护功能之后必须更换。保险丝设计有串联元件，其在预设的过电流时熔化并因此断开电流通路。保险丝具有很多形状和尺寸，但是设计成允许其快速插入和快速拔出以易于更换的保险丝座。制造商遵守取决于保险丝规格和额定值的用于保险丝和保险丝座的标准尺寸，使得简易替换较容易。 

接触器是设计成根据指令将电负载切换为闭合和断开的电气装置。传统地，机电接触器用于控制机构中，其中机电接触器能够处理高达其断开容量的开关电流。机电接触器还可应用于电力系统中用于切换电流。然而，电力系统中的故障电流典型地高于机电接触器的断开容量。因此，为了在电力系统应用中采用机电接触器，需要通过使用串联装置对其进行备用来保护接触器免遭破坏，在高于接触器的断开容量的所有电流值条件下，该串联装置在接触器断开之前可足够迅速地动作以中断故障电流。 

以前设想的便于接触器在电力系统中的使用的解决方案包括例如真空接触器、真空中断器和空气接触器。不幸地是，由于接触器末端封装在密封的、抽空的壳体中，故诸如真空接触器的接触器不使其易于目测检查。此外，尽管真空接触器非常适合于处理大马达、变压器和电容器的切换，但是已知它们导致不期望的瞬时过电压，尤其是当负载断开时。 

此外，机电接触器通常使用机械开关。然而，由于这些机械开关倾向于以较慢的速度切换，故采用预测技术以估计零交叉(zerocrossing)的发生，该零交叉的发生通常是在切换事件将发生之前的数十微秒，以便于在零交叉时的断开/闭合以降低电弧。由于在预测时间间隔内可能发生许多瞬变，故这种零交叉预测易于出错。 

作为慢的机械开关和机电开关的替代，高速固态开关已在高速开关应用中采用。将认识到的是，这些固态开关通过电压或偏压的控制应用而在传导状态和非传导状态之间切换。例如，通过反向偏置固态开关，开关可转换成非传导状态。然而，由于固态开关在它们切换到 非传导状态时在触点之间不产生物理间隙，故它们经历漏电流。此外，由于内部阻抗，当固态开关在传导状态操作时，它们经历电压降。电压降和漏电流在正常操作状况下都有助于过热的产生，这可影响开关性能和寿命。此外，至少部分地由于与固态开关相关的内在漏电流，它们在断路器中的应用为不实用的。 

因此，本领域存在对克服这些缺陷的电流开关电路保护布置的需求。 

发明内容

本文公开了一种HVAC系统，其包括负载马达；主断路器微机电系统(MEMS)开关和变频驱动器(VFD)，该变频驱动器(VFD)布置在负载马达和主断路器MEMS开关之间，并电气地联接到负载马达和主断路器MEMS开关。