CN101095019B - 冷却设备和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却设备(1)及其控制方法，冷却设备包括速度控制单元(4)，其中速度控制单元(4)通过考虑测量的运转速度和循环时间确定了使得用于进行制冷循环的可变转速压缩机(2)以正常速度还是以高速度运行。

Description

冷却设备和控制方法

技术领域

本发明涉及冷却设备及其控制方法，冷却设备包括压缩机，其中关于运行情况控制速度。

背景技术

在冷却设备中，当选择作为冷却***的部分的压缩机时，结合该冷却设备使用地的气候类型考虑运行情况极限，且因为考虑了艰难运行情况，因此为此情况选择的压缩机的容量所规定的冷却设备的能耗值可能高于需要的值。压缩机容量比所需要大的事实导致停止和启动次数的增加和循环损失的增加。为消除前述缺点，根据构成了冷却设备的寿命的大部分的正常运行情况进行压缩机选择，且在需要冷却设备在极限下运行的情况中，压缩机速度，即压缩机马达的转数因此变化。在利用了带有可变速度马达的压缩机的冷却设备中，建立了数个控制算法来帮助确定何时压缩机需要以正常速度运行且何时在更高的速度下运行。

在美国专利文献US 5673568中，描述了用于利用在空调器内的压缩机的速度样式的实施例，该空调器的速度样式包括初始升高模式、最大速度模式和最小速度模式。最大速度考虑运行停止时间期间、上次最大速度和上次最大速度的变化来选择。

在欧洲专利文献EP 0270474中，描述了其中可变速度压缩机的新运转速度根据所测量的当前环境温度和前次环境温度以及根据上次运转速度来确定的设备。

在美国专利文献US 5115968中，描述了一般地用于冷却/加热设备内的温度控制***。温度调节装置的开启/关闭信号不仅确定了运转时间期间而且也指示了温度误差，温度误差又用于确定运行情况。

在欧洲专利文献EP 0921363中，描述了其中通过考虑可变速度压缩机的运转速度、运行时间期间和最佳运行时间期间而在停止时间期间后确定新运转速度的设备。在可变速度压缩机开始运行后，如果温度调节装置不以某一时间间隔发出信号，则压缩机启动速度增加。在启动时，启动速度根据前次最后速度和运行停止时间期间来确定。如果压缩机的运行时间期间低于作为目标的时间期间，则在运行停止时间期间后，保持新的启动速度低于前次速度，且压缩机速度可以根据从温度调节装置获得的反馈周期性增加。

发明内容

本发明的目的是实现冷却设备及其控制方法，其中压缩机的速度根据运转时间期间和运行停止时间期间来确定。

本发明提出了一种冷却设备，其包括：压缩机，由此进行制冷循环；用于检查冷却设备内的温度且向压缩机发出开启和关闭信号的温度调节装置，其特征在于：速度控制单元，该速度控制单元基于在最后的循环n内根据温度调节装置的开启和关闭信号确定的压缩机的运转时间期间t1(n)和停止时间期间t2(n)使用等式Rt(n)＝t1(n)/(t1(n)+t2(n))计算了运转时间比，且也在测量了上个循环n内的压缩机的速度V(n)后通过考虑涉及运转时间比Rt和压缩机的速度V(n)的信息计算了压缩机在下一个循环n+1内的速度V(n+1)；其中，速度控制单元通过考虑在目标运转时间比Rth和在上个循环n和前一次循环n-1中的运转时间比Rt(n)、Rt(n-1)之间的差异e(n)、e(n-1)，通过利用等式V(n+1)＝f(V(n)，e(n)，e(n-1))计算了压缩机在下一个循环n+1中的速度V(n+1).

附图说明

结合附图图示了为获得以上所提及的本发明的目的而实现的冷却设备和控制方法，其中：

图1是冷却设备的示意性表示。

图2是压缩机、温度调节装置和速度控制单元的示意性表示。

图3是图示了在冷却设备内通过增加压缩机速度来接近目标运转时间比的图形表示。

在附图中示出的元件的标号为：

1：冷却设备

2：压缩机

3：温度调节装置

4：速度控制单元

5：变换器

具体实施方式

冷却设备(1)包括压缩机(2)，由此进行制冷循环，用于检查冷却设备(1)内的温度且向压缩机(2)发出“开启”和“关闭”信号的温度调节装置(3)，根据运行情况计算压缩机(2)的运转速度(压缩机(2)马达的转数)的速度控制单元(4)和变换器(5)，由此通过利用从速度控制单元(4)获得的信息实现了使压缩机(2)以确定的旋转速度运行。

在冷却设备(1)中，压缩机(2)运行直至温度降低到温度调节装置(3)被设定到的特定值，且同时可以测量运转时间期间(t1)。在压缩机(2)停止后，它保持非激活，直至温度增加到温度调节装置(3)被设定到的某一值，且可以测量停止时间期间(t2)。通过使用压缩机(2)的运转时间期间和停止时间期间(t1、t2)，使用如下等式确定了运转时间比(Rt)，

Rt＝t1/(t1+t2)

在冷却设备(1)的效率方面，重要的是保持运转时间比(Rt)在某一水平。为此原因，由制造商确定了目标运转时间比(Rth)，其目的是通过降低压缩机(2)的停止-启动次数且因此降低在冷却设备(1)内的循环损失来改进运行情况，且所述的比(Rth)保存在速度控制单元(4)内。目标运转时间比(Rth)确定在70％至100％之间，优选地确定为大约75％。

在冷却设备(1)运行期间的任意时间期间内计算的目标运转时间比(Rth)和运转时间比(Rt)之间的差异定义为运转时间比偏差(e＝Rth-Rt)。

在冷却设备(1)的控制方法中，使用如下的符号，同时任意(最后)的制冷循环标识为(n)：

V(n)：为在循环(n)内测量的压缩机(2)的旋转速度

t1(n)：为在循环(n)内的压缩机(2)的运转时间期间

t2(n)：为在循环(n)内的压缩机(2)的停止时间期间

Rt(n)：为在循环(n)内的运转时间比，Rt(n)＝t1(n)/(t1(n)+t2(n))

e(n)：为在循环(n)内的运转时间比偏差，e(n)＝Rth-Rt(n)

在速度控制单元(4)内，基于在上次周期(n)内根据温度调节装置(3)的开启和关闭信号确定的压缩机(2)的运转时间期间(t1(n))和停止时间期间(t2(n))的运转时间比使用如下等式计算；

Rt(n)＝t1(n)/(t1(n)+t2(n))    (等式1)

且在下一个循环(n+1)中，在测量了上个循环(n)内的旋转速度(V(n))后，通过考虑涉及运转时间比(Rt(n))、旋转速度V(n)和目标运转时间比(Rth)的信息，指令压缩机(2)在新的速度(V(n+1))下运行。

在根据本发明的实施例中，速度控制单元(4)测量了压缩机(2)在最后循环(n)内的旋转速度(V(n))，且通过考虑在目标运转时间比(Rth)和在最后(n)和在前一次(n-1)循环中的运转时间比(Rt(n)、Rt(n-1))之间的差异(e(n)、e(n-1))，通过如下等式确定了压缩机(2)在下一次循环(n+1)中的速度(V(n+1))；

V(n+1)＝f(V(n)，e(n)，e(n-1))    (等式2)

在此等式中，当计算压缩机(2)的速度V(n+1)时，通过作为反馈送给***而检查了运转时间比偏差(e(n)、e(n-1))，且试图使运转时间比(Rt)接近目标运转时间比(Rth)。因此，以上的等式(等式2)更明确地表达为以下的等式3；

V(n+1)＝V(n)-(K1×e(n)-K2×e(n-1))    (等式3)

等式3内的系数K1和K2是由制造商依据实验确定的增益系数且用于设置压缩机(2)速度的必需的速度改变以达到目标运转时间比(Rth)。

在根据本发明的实施例中，

Kp：为比例增益系数，以此使压缩机(2)的速度与运转时间比偏差(e(n)，e(n-1))成比例地变化。

Ki：为积分增益系数，用于消除不能被比例增益系数(Kp)消除的偏差；而，

K1＝Kp+Ki

K2＝Kp-Ki

其中K1和K2是正数且K1大于K2(K1＞K2)。

由制造商确定的系数K1和K2可以关于冷却设备(1)的门的打开和关闭的频率和关于变化的环境温度而改变。

在每个循环开始处的压缩机(2)速度V(n)在压缩机(2)的运转时间期间(t1(n))期间保持恒定。

用于冷却设备(1)的控制方法包括如下步骤：

-测量压缩机(2)在循环(n)内的运转时间期间(t1(n))。

-测量压缩机(2)的速度(V(n))。

-测量压缩机(2)的停止时间(t2(n))。

-计算运转时间比Rt(n)＝t1(n)/(t1(n)+t2(n))。

-计算运转时间比偏差e(n)＝Rth-Rt(n)。

-取得在前次循环(n-1)中的预先计算的运转时间比偏差e(n-1)＝Rth-Rt(n-1)。

-通过考虑最后循环(n)和前一次循环(n-1)，通过使用等式V(n+1)＝V(n)-(K1×e(n)-K2×e(n-1))来计算在下一次循环(n+1)内压缩机(2)的速度V(n+1)。

在用于冷却设备(1)的控制方法的一个实施例中，假定如下数字：

V(n)＝50Hz

Rth＝75

Rt(n)＝77

Rt(n-1)＝76

K1＝2

K2＝1

V(n+1)计算为V(n+1)＝50-(2×(-2)-1×(-1))＝53。

如果实际运转时间比(Rt(n))大于目标运转时间比(Rth)，则压缩机(2)的速度(V(n))增加以达到目标运转时间比(Rth)。当压缩机(2)速度V(n)增加时，压缩机(2)的运转时间期间(t1(n))减小，停止时间期间(t2(n))增加，且因此实际运转时间比(Rt(n))减小，且因此接近目标运转时间比(Rth)。

在用于冷却设备1的控制方法的另一个实施例中，假定如下数字：

V(n)＝60Hz

Rth＝75

Rt(n)＝70

Rt(n-1)＝73

K1＝2

K2＝1

V(n+1)计算为V(n+1)＝60-(2×(5)-1×(2))＝52。

如果实际运转时间比(Rt(n))小于目标运转时间比(Rth)，则压缩机(2)的速度V(n)减小以达到目标运转时间比(Rth)。当压缩机(2)的速度V(n)减小时，压缩机(2)的运转时间期间(t1(n))增加，停止时间期间(t2(n))减小，且因此实际运转时间比(Rt(n))增加，且因此接近目标运转时间比(Rth)。

在其中需要减小压缩机(2)的速度以达到确定的目标运转时间比(Rth)但不可能将压缩机(2)的速度降低到某一极限值以下的情况中，压缩机(2)不依赖于目标运转时间比(Rth)而以最小速度运行。

在其中需要增加压缩机(2)的速度以达到确定的目标运转时间比(Rth)但不可能将压缩机(2)的速度增加到某一极限值以上的情况中，压缩机(2)不依赖于目标运转时间比(Rth)而以最大速度运行。

如果压缩机(2)的运转时间期间(t1(n))超过了确定的极限期间，则运转时间比(Rt(n))增加以给出限制。为增加运转时间比(Rt(n))，速度V(n)增加且因此在短的时间期间内，压缩机(2)完成了运转时间期间(t1(n))且停止。

关于考虑目标运转时间比(Rth)和实际运转时间比(Rt(n))所计算的压缩机(2)的速度(V(n+1))，速度控制单元(4)确定利用变换器(7)驱动压缩机(2)还是通过对变换器(7)解除激活而直接以电网电压驱动压缩机(2).例如，如果必需使压缩机(2)以低速度运行，则通过电网电压驱动它，且因此不必需使用变换器(7).

速度控制单元(4)通过限定为灵活和简单的离散时间等式的PI(比例积分)控制方法确定了适合于冷却设备(1)的运行情况的压缩机(2)速度(V(n+1))，而不需要复杂的算法。

Claims (3)

1.一种冷却设备(1)，其包括：

压缩机(2)，由此进行制冷循环；

用于检查冷却设备(1)内的温度且向压缩机(2)发出开启和关闭信号的温度调节装置(3)，

其特征在于：速度控制单元(4)，该速度控制单元(4)基于在上个循环n内根据温度调节装置(3)的开启和关闭信号确定的压缩机(2)的运转时间期间t1(n)和停止时间期间t2(n)使用等式Rt(n)＝t1(n)/(t1(n)+t2(n))计算了运转时间比，且也在测量了上个循环n内的压缩机(2)的速度V(n)后通过考虑涉及运转时间比Rt和压缩机(2)的速度V(n)的信息计算了压缩机(2)在下一个循环n+1内的速度V(n+1)；

其中，速度控制单元(4)通过考虑在目标运转时间比Rth和在上个循环n和前一次循环n-1中的运转时间比Rt(n)、Rt(n-1)之间的运转时间比差异e(n)、e(n-1)，通过利用等式V(n+1)＝V(n)-(K1×e(n)-K2×e(n-1))计算了压缩机(2)在下一个循环n+1中的速度V(n+1)，

其中K1，K2为增益系数，通过比例增益系数Kp和积分增益系数Ki计算K1＝Kp+Ki和K2＝Kp-Ki，其中，比例增益系数Kp使压缩机(2)的速度与运转时间比差异e(n)，e(n-1)成比例地变化，和积分增益系数Ki用于消除不能被比例增益系数Kp消除的偏差。

2.根据权利要求1所述的冷却设备(1)，包括变换器(5)，由此实现压缩机(2)在通过利用从所述速度控制单元(4)获得的信息所确定的速度下运行，且其特征在于：根据考虑目标运转时间比Rth和所述运转时间比Rt(n)所计算的压缩机(2)在下一个循环n+1中的速度V(n+1)，所述速度控制单元(4)确定利用变换器(5)驱动压缩机(2)还是通过对变换器(5)解除激活而直接以电网电压驱动压缩机(2)。

3.一种用于根据权利要求1或2所述的冷却设备(1)的控制方法，其包括如下步骤：

测量压缩机(2)在上个循环n内的运转时间期间t1(n)；

测量压缩机(2)的速度V(n)；

测量压缩机(2)的停止时间t2(n)；

计算运转时间比Rt(n)＝t1(n)/(t1(n)+t2(n))；

计算运转时间比差异e(n)＝Rth-Rt(n)；

通过考虑上个循环n和前一次循环n-1，通过使用等式V(n+1)＝V(n)-(K1×e(n)-K2×e(n-1))计算在下一次循环n+1内压缩机(2)的速度V(n+1)。

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