CN101351758A - 用于控制线性压缩机运行的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于控制往复式压缩机运行的装置和方法,其中,可变地控制频率以恒定保持电流和冲程之间的相位差,通过恒定保持电流和冲程之间的相位差时的频率大小来确定负载,并且根据确定的负载改变容量,由此提高运行效率。用于控制往复式压缩机运行的装置包括:控制单元,用于检测电流和冲程之间的相位差,并且基于检测的相位差输出频率改变信号或频率检测信号;负载检测单元,用于根据频率检测信号来检测当前运行负载;和冲程参考值确定单元,用于确定对应于检测的负载的冲程参考值。
Description
技术领域
本发明涉及一种压缩机,更具体地,涉及一种用于控制往复式压缩机运行的装置和方法。
背景技术
通常,往复式压缩机运行为通过在设于其内的气缸中线性往复地移动活塞来吸入、压缩和排出制冷剂气体。
根据如何驱动活塞,往复式压缩机分为使用往复方法的压缩机和使用线性方法的压缩机。
在使用往复方法的压缩机中,曲轴与旋转马达连接,并且活塞与曲轴连接,因而将旋转马达的旋转力改变为往复式运动。
在使用线性方法的压缩机中,与线性马达致动器连接的活塞进行线性运动。
使用线性方法的往复式压缩机不具有这种用于将旋转运动改变为线性运动的曲轴,不会由曲轴造成摩擦损耗,因此与普通压缩机相比,其压缩效率高。
往复式压缩机可用于冰箱或空调,通过改变往复式压缩机的压缩比来控制冰箱或空调的冷却能力,所述压缩机的压缩比可通过改变输入到往复式压缩机的马达的电压来改变。
因而,当往复式压缩机用于冰箱或空调时,可通过改变输入到往复式压缩机的冲程电压来改变往复式压缩机的压缩比,从而控制制冷能力。这里,冲程指活塞上止点和下止点之间的距离。
现在将参照图1描述根据现有技术的往复式压缩机。
图1是示出根据现有技术用于控制往复式压缩机运行的装置结构的示意性框图。
如图1所示,用于控制往复式压缩机运行的现有技术的装置包括:电流检测单元4,用于检测施加到往复式压缩机6的马达(未示出)的电流;电压检测单元3,用于检测施加到马达的电压;冲程计算单元5,用于基于检测的电流和电压值以及马达参数来计算往复式压缩机6的冲程估计值;比较单元1,用于比较计算出的冲程估计值和预设的冲程参考值,并根据比较结果输出差值;和冲程控制单元2,用于根据所述差值通过控制串联到马达的三端双向可控硅开关元件(triac)(未示出)的导通周期来改变施加到马达的电压,从而控制压缩机6的运行(冲程)。
现在将参照图1描述用于控制往复式压缩机运行的装置的操作。
首先,电流检测单元4检测施加到压缩机6的马达(未示出)的电流,并且将检测的电流值输出到冲程计算单元5。
此时,电压检测单元3检测施加到马达的电压,并且将检测的电压值输出到冲程计算单元5。
冲程计算单元5通过将检测的电流和电压值及马达参数代入下面示出的方程式(1)来计算压缩机的冲程估计值(X),并且将计算出的冲程估计值(X)提供给比较单元1:
其中,“R”为马达电阻值,“L”为马达电感值,α为马达常数,VM为施加到马达的电压值,“i”为施加到马达的电流值,以及i为施加到马达的电流的时间变率(time change rate)。即,i为‘i’的微分值(di/dt)。
之后,比较单元1比较冲程估计值和冲程参考值,并且根据比较结果将差值提供到冲程控制单元2。
冲程控制单元2通过根据所述差值改变施加到压缩机6的马达的电压,从而控制压缩机6的冲程。
现在将参照图2描述该操作。
图2是示出根据现有技术用于控制往复式压缩机运行的方法步骤的流程图。
首先,当通过冲程计算单元5将冲程估计值提供到比较单元1时(步骤SP1),比较单元1比较冲程估计值和预设的冲程参考值(步骤SP2),并且根据比较结果将差值输出到冲程控制单元2。
当冲程估计值小于冲程参考值时,冲程控制单元2增加施加到马达的电压以控制往复式压缩机的冲程(步骤SP3),并且当冲程估计值大于冲程参考值时,冲程控制单元2减小施加到马达的电压(步骤SP4)。
当施加到马达的电压增加或减小时,与马达电连接的三端双向可控硅开关元件(未示出)控制导通周期,并且将电压施加到马达。
冲程参考值根据往复式压缩机的负载大小而不同。即,当负载大时,冲程参考值增加,但不减小活塞冲程,因而防止冷却能力降低。相反,当负载小时,冲程参考值减小,但不增加活塞冲程,因而防止冷却能力提高以及由于过大的冲程(超冲程)造成活塞和气缸的碰撞。
用于控制往复式压缩机运行的现有技术的装置通过使用马达参数(α)、电阻(R)和电抗(L)来估计冲程,并且通过使用冲程估计值来控制冲程。
但是,在估计冲程时,由于马达参数和部件偏差产生误差,从而难以精确地控制冲程。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置和方法,其可变地控制频率以恒定保持电流和冲程之间的相位差,通过恒定保持电流和冲程之间的相位差时的频率大小来确定负载,并且根据确定的负载来改变容量(capacity)。
为了实现这些和其他优点,并且根据本发明的目的,如在此实施和广泛描述的,本发明提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置,包括:控制单元,用于检测电流和冲程之间的相位差,并且基于检测的相位差输出频率改变信号或频率检测信号;负载检测单元,用于根据频率检测信号来检测当前运行负载;冲程参考值确定单元,用于确定对应于检测的负载的冲程参考值;PWM(脉宽调制)信号产生单元,用于基于确定的冲程参考值和当前冲程之间的差值而产生PWM信号;和逆变器(inverter),用于根据所述PWM信号改变施加到马达的电压和频率。
为了实现上述目的,本发明还提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置,包括:电流检测单元,用于检测施加到线性马达的电流;电压检测单元,用于检测施加到线性马达的电压;冲程检测单元,用于通过检测的电流和电压来检测冲程;控制单元,用于通过使用检测的冲程来计算当前速度,并且基于计算出的当前速度和电流之间的相位差来输出频率改变信号或频率检测信号;负载检测单元,用于根据所述频率检测信号来检测当前运行负载;冲程参考值确定单元,用于确定对应于检测的负载的冲程参考值;PWM信号产生单元,用于基于确定的冲程参考值和当前冲程之间的差值而产生PWM信号;和逆变器,用于根据所述PWM信号改变施加到马达的电压和频率。
为了实现上述目的,本发明还提供一种用于控制往复式压缩机运行的方法,包括以下步骤:使往复式压缩机在对应于某一冲程参考值的容量下运行;检测施加到马达的电压和电流,并且通过使用检测的电压和检测的电流来计算冲程;检测所述冲程和所述电流之间的相位差;和比较检测的相位差和参考相位差,并且基于比较的结果改变运行能力。
为了实现上述目的,本发明还提供一种用于控制往复式压缩机运行的方法,包括以下步骤:在对应于某一冲程参考值的容量下操作往复式压缩机;检测施加到马达的电压和电流,并且通过使用检测的电压和检测的电流来计算冲程;通过使用计算出的冲程来计算速度,并且检测计算出的速度和所述电流之间的相位差;和比较检测的相位差和参考相位差,并且基于比较的结果来改变运行能力。
通过结合附图对本发明的以下详细描述,本发明的前述和其他目的、特征、方案和优点将变得更明显。
附图说明
本说明书包括附图来提供对本发明的进一步理解,并且附图结合在本说明书中构成本说明书的一部分,所述附图示出了本发明的实施例,并且与说明书一起用于说明本发明的原理。
在附图中:
图1是示出根据现有技术用于控制往复式压缩机运行的装置的示意性框图;
图2是示出根据现有技术用于控制往复式压缩机运行的方法步骤的流程图;
图3是示出根据本发明用于控制往复式压缩机运行的装置结构的示意性框图;
图4是示出根据本发明用于控制往复式压缩机运行的方法步骤的流程图;
图5是示出根据本发明用于控制往复式压缩机运行的装置结构的示意性框图;以及
图6是示出根据本发明用于控制往复式压缩机运行的方法步骤的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图描述根据本发明示例性实施例的用于控制往复式压缩机运行的装置和方法,通过所述装置和方法,可变地控制频率来获得电流和冲程之间恒定的相位差,通过恒定保持电流和冲程之间的相位差时的频率大小来确定负载,并且根据确定的负载改变容量,由此提高往复式压缩机的运行效率。
根据本发明采用逆变器来控制往复压式缩机运行的装置和方法基于这样的认识:负载的大小可通过使用在电流和冲程之间的相位差或速度和冲程之间的相位差恒定(不变)时的运行频率来识别。
即,当相同冲程的负载增加时运行频率增加,并且所需要的冷却能力根据负载大小满足一比例关系,因此负载大小可通过运行频率而精确地检测。
本发明设置为精确地检测负载。
图3是示出根据本发明用于控制往复式压缩机运行的装置结构的示意性框图。
如图3所示,用于控制往复式压缩机运行的装置包括冲程参考值确定单元100、比较器200、PWM(脉宽调制)信号产生单元300、逆变器400、电流检测单元500、电压检测单元600、冲程检测单元700、控制单元800和负载检测单元900。
电流检测单元500检测往复式压缩机的马达电流,电压检测单元600检测往复式压缩机的马达电压。
冲程检测单元700通过使用检测的电流和检测的电压来计算冲程。
控制单元800检测所述检测的电流和冲程之间的相位差,并且根据检测的相位差输出频率改变信号或频率检测信号。
即,当检测的相位差与参考相位差相同时,控制单元800输出频率检测信号,如果检测的相位差与参考相位差不相等,则控制单元800输出频率改变信号。
PWM信号产生单元300基于频率改变信号产生用于改变施加到马达的电压频率的PWM信号,并且逆变器400基于PWM信号改变施加到往复式压缩机的马达的电压和频率。
负载检测单元900基于从控制单元800输出的频率检测信号来检测负载。
这里,负载检测单元900可包括存储单元(未示出),其中根据实验预先存储对应于每一个频率的各负载大小值。负载检测单元900从存储单元选择对应于频率检测信号的负载大小,并且将选择的负载大小作为当前负载进行检测。
冲程参考值确定单元100根据由负载检测单元900检测的负载来确定冲程参考值。
这里,冲程参考值确定单元100包括冲程存储单元(未示出),其中,根据实验预先存储对应于负载大小的每一个冲程值。冲程参考值确定单元100从冲程存储单元(未示出)选择对应于负载大小的冲程值,并且将所选择的冲程值确定为冲程参考值。
下面将参照图4描述本发明的操作。
首先,假设往复式压缩机以某一冲程参考值运行(步骤SP11)。
在该状态中,电流检测单元500检测往复式压缩机的马达电流,并且电压检测单元600检测往复式压缩机的马达电压(步骤SP12)。
之后,冲程检测单元700通过使用检测的电流和检测的电压来计算冲程(步骤SP13)。
然后,控制单元800检测所述检测的电流和冲程之间的相位差(步骤SP14),并且基于检测的相位差输出频率改变信号或频率检测信号(步骤SP16~步骤SP19)。
即,控制单元800将冲程和电流之间的相位差与参考相位差(约90°)相比较,如果检测的相位差与参考相位差不相等,则控制单元800改变运行频率(步骤SP16)。
这里,如果检测的冲程和电流之间的相位差大于参考相位差,则控制单元800减小运行频率,反之,如果检测的冲程和电流之间的相位差小于参考相位差,则控制单元增加运行频率。
控制单元800通过降低PWM信号的占空比来减小运行频率,并且通过提高PWM信号的占空比来增加运行频率,其中该PWM信号用于切换逆变器400的切换元件(未示出)。
相反,如果检测的相位差等于参考相位差,则控制单元800检测电流运行频率(步骤SP17),并且负载检测单元900根据检测的运行频率检测负载大小(步骤SP18)。
即,负载检测单元900根据存储单元(未示出)检测对应于检测的运行频率的负载大小,所述存储单元存储对应于每一个运行频率的负载。
之后,冲程参考值确定单元100从存储单元(未示出)选择对应于负载大小的冲程,并且将所选择的冲程确定为冲程参考值(步骤SP19)。
即,冲程参考值确定单元100从预先存储对应于每一个负载大小的冲程的存储单元(未示出)选择对应于检测的负载的冲程。
例如,如果负载确定为额定值(as it is),则冲程参考值确定单元100选择完全冷却能力的冲程,如果负载确定为中等值,则冲程参考值确定单元选择完全冷却能力的80%的冲程,并且如果负载确定为很小,则冲程参考值确定单元100选择完全冷却能力的60%的冲程。
比较器200获得冲程参考值和冲程之间的差值,并且PWM信号产生单元300基于该差值产生PWM信号,并且将该信号提供到逆变器400。然后,逆变器400根据PWM改变频率和电压,并且将其提供到往复式压缩机的马达。
即,在本发明中,可变地控制频率以使电流和冲程之间的相位差恒定,根据恒定保持电流和冲程之间的相位差时的频率大小来确定负载,并且根据确定的负载改变运行容量,由此可容易地改变应用空调***(例如冰箱或空调)的设备的冷却能力。
图5是示出根据本发明用于控制往复式压缩机运行的装置结构的示意性框图。
如图5所示,用于控制往复式压缩机运行的装置包括冲程参考值确定单元100、比较器200、PWM信号产生单元300、逆变器400、电流检测单元500、电压检测单元600、冲程检测单元700、控制单元810和负载检测单元900。
电流检测单元500检测往复式压缩机的马达的电流,电压检测单元600检测往复式压缩机的马达的电压。
冲程检测单元700通过使用检测的电流和检测的电压来检测冲程。
控制单元810通过使用已经由冲程检测单元700检测的冲程来计算速度,获得计算出的速度和电流之间的相位差,将检测的相位差与参考相位差相比较,并且根据比较结果输出频率改变信号或频率检测信号。
即,当检测到的速度和电流之间的相位差等于参考相位差时,控制单元810输出频率检测信号,如果检测的相位差不等于参考相位差,则控制单元810输出频率改变信号。
这里,通过使用冲程来获得往复式压缩机的速度是公知技术。
PWM信号产生单元300基于频率改变信号产生用于改变施加到马达的电压频率的PWM信号,并且逆变器400根据PWM信号改变施加到往复式压缩机的马达的电压和频率。
负载检测单元900基于从控制单元810输出的频率检测信号来检测负载。
这里,负载检测单元900可包括存储单元(未示出),其中,根据实验预先存储对应于每一个频率的各负载大小值。负载检测单元900从存储单元选择对应于频率检测信号的负载大小,并且将所选择的负载大小作为当前负载进行检测。
根据由负载检测单元900检测的负载,冲程参考值确定单元100确定冲程参考值。
这里,冲程参考值确定单元100包括存储单元(未示出),其中,根据实验预先存储对应于负载大小的每一个冲程值。冲程参考值确定单元100从冲程存储单元(未示出)选择对应于负载大小的冲程值,并且将所选择的冲程值确定为冲程参考值。
现在将参照图6描述本发明的操作。
首先,假设往复式压缩机以某一冲程参考值运行(步骤SP21)。
在该状态中,电流检测单元500检测往复式压缩机的马达电流,并且电压检测单元600检测往复式压缩机的马达电压(步骤SP22)。
之后,冲程检测单元700通过使用检测的电流和检测的电压来检测冲程(步骤SP23)。
然后,控制单元810通过使用检测的冲程来计算往复式压缩机的马达速度(步骤SP24)。
随后,控制单元810检测计算出的速度和电流之间的相位差(步骤SP25),并且基于检测的相位差输出频率改变信号或频率检测信号(步骤SP26~步骤SP30)。
即,控制单元800将速度和电流之间的相位差与参考相位差(约90°)相比较,如果检测的相位差不等于参考相位差,则控制单元810改变运行频率(步骤SP27)。
这里,如果检测的速度和电流之间的相位差大于参考相位差,则控制单元810减小运行频率,相反,如果检测的速度和电流之间的相位差小于参考相位差,则控制单元810增加运行频率。
在该情况下,控制单元810通过降低PWM信号的占空比来减小运行频率,并且通过提高PWM信号的占空比来增加运行频率,其中该PWM信号用于切换逆变器400的切换元件(未示出)。
相反,如果检测的相位差等于参考相位差,则控制单元810检测当前运行频率(步骤SP28),并且负载检测单元900基于检测的运行频率检测负载的大小(步骤SP29)。
即,负载检测单元900根据存储单元(未示出)检测对应于检测的运行频率的负载大小,所述存储单元存储对应于每一个运行频率的负载。
之后,冲程参考值确定单元100从冲程存储单元(未示出)选择对应于负载大小的冲程,并且将所选择的冲程确定为冲程参考值(步骤SP30)。
即,冲程参考值确定单元100从存储单元(未示出)选择对应于检测的负载的冲程,所述存储单元预选存储对应于每一个负载大小的冲程。
例如,如果负载确定为额定值,则冲程参考值确定单元100选择完全冷却能力的冲程,如果负载确定为中等值,则冲程参考值确定单元100选择完全冷却能力的80%的冲程,并且如果负载确定为很小,则冲程参考值确定单元100选择完全冷却能力的60%的冲程。
比较器200获得冲程参考值和冲程之间的差值,且PWM信号产生单元300产生对应于所述差值的PWM信号,并且将所述PWM信号提供到逆变器400。然后,逆变器400根据PWM信号改变频率和电压,并且将其提供到往复式压缩机的马达。
即,在本发明中,可变地控制频率以使电流和速度之间的相位差恒定,基于恒定保持电流和速度之间的相位差时的频率大小来确定负载,并且根据确定的负载改变运行能力,由此,可容易地改变应用空调***(例如冰箱或空调)的设备的冷却能力。
如上述内容所述,根据本发明用于控制往复式压缩机运行的装置和方法具有很多优点。
即,通过可变地控制频率来恒定保持电流和冲程之间的相位差,通过恒定保持电流和冲程之间的相位差时的频率大小确定负载,并且根据确定的负载改变容量,由此提高压缩机的运行效率。
另外,通过可变地控制频率来恒定保持速度和冲程之间的相位差,通过恒定保持速度和冲程之间的相位差时的频率大小来确定负载,并且根据确定的负载改变容量,由此提高压缩机的运行效率。
由于本发明可以几种形式实施而不脱离其构思和实质特征,因此还应理解,除非特别指出,上述实施例不受前述描述的任何详细内容限制,而应在其由所附的权利要求书限定的构思和范围内进行宽泛地解释,并且因此所有落在权利要求书范围内或其等同范围内的改变和改进旨在包含于所附权利要求书中。
Claims (20)
1.一种用于控制往复式压缩机运行的装置,包括:
控制单元,用于检测电流和冲程之间的相位差,并且基于检测的相位差输出频率改变信号或频率检测信号;
负载检测单元,用于根据所述频率检测信号来检测当前运行负载;
冲程参考值确定单元,用于确定对应于检测的负载的冲程参考值;
PWM(脉宽调制)信号产生单元,用于基于确定的冲程参考值和当前冲程之间的差值而产生PWM信号;和
逆变器,用于根据所述PWM信号改变施加到马达的电压和频率。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,所述负载检测单元包括存储单元,所述存储单元用于预先存储对应于各频率大小值的各负载大小值。
3.根据权利要求3所述的装置,其中,所述冲程参考值确定单元包括冲程存储单元,所述冲程存储单元用于预先存储取决于各负载大小值的冲程值。
4.根据权利要求1所述的装置,其中,当输入所述频率改变信号时,所述PWM信号产生单元根据输入的所述频率改变信号产生用于改变施加到马达的电压频率的PWM信号。
5.根据权利要求1所述的装置,其中,当所述检测的相位差等于参考相位差时,所述控制单元输出所述频率检测信号。
6.根据权利要求1所述的装置,其中,如果所述检测的相位差不等于参考相位差,则所述控制单元输出所述频率改变信号。
7.一种用于控制往复式压缩机运行的装置,包括:
电流检测单元,用于检测施加到线性马达的电流;
电压检测单元,用于检测施加到所述线性马达的电压;
冲程检测单元,用于通过检测的电流和电压来检测冲程;
控制单元,用于通过使用检测的冲程来计算当前速度,并且基于计算出的当前速度和电流之间的相位差来输出频率改变信号或频率检测信号;
负载检测单元,用于根据所述频率检测信号来检测当前运行负载;
冲程参考值确定单元,用于确定对应于检测的负载的冲程参考值;
PWM信号产生单元,用于基于确定的冲程参考值和当前冲程之间的差值而产生PWM信号;和
逆变器,用于根据所述PWM信号改变施加到马达的电压和频率。
8.根据权利要求7所述的装置,其中,所述负载检测单元包括存储单元,所述存储单元用于预先存储对应于各频率大小值的各负载大小值。
9.根据权利要求7所述的装置,其中,所述冲程参考值确定单元包括冲程存储单元,所述冲程存储单元用于预先存储取决于各负载大小值的冲程值。
10.根据权利要求7所述的装置,其中,当输入所述频率改变信号时,所述PWM信号产生单元根据输入的所述频率改变信号产生用于改变施加到马达的电压频率的PWM信号。
11.根据权利要求7所述的装置,其中,当所述检测的相位差等于参考相位差时,所述控制单元输出所述频率检测信号。
12.根据权利要求7所述的装置,其中,如果所述检测的相位差不等于参考相位差,则所述控制单元输出所述频率改变信号。
13.一种用于控制往复式压缩机运行的方法,包括以下步骤:
使往复式压缩机在对应于某一冲程参考值的容量下运行;
检测施加到马达的电压和电流,并且通过使用检测的电压和检测的电流来计算冲程;
检测所述冲程和所述电流之间的相位差;和
比较检测的相位差和参考相位差,并且基于比较的结果来改变运行容量。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,在所述改变运行容量的步骤中,当所述检测的相位差不等于所述参考相位差时,改变运行频率。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,在所述改变运行频率的步骤中,如果所述检测的相位差大于所述参考相位差,则减小所述运行频率,并且如果所述检测的相位差小于所述参考相位差,则增加所述运行频率。
16.根据权利要求13所述的方法,其中,所述改变运行容量的步骤包括:
当所述检测的相位差等于所述参考相位差时,检测当前运行频率;
根据所述运行频率检测负载大小;
确定对应于检测的负载大小的冲程参考值;
基于所述冲程参考值和当前冲程之间的差值产生PWM信号;和
通过基于所述PWM信号控制施加到马达的电压来改变所述运行容量。
17.一种用于控制往复式压缩机运行的方法,包括以下步骤:
使所述往复式压缩机在对应于某一冲程参考值的容量下运行;
检测施加到马达的电压和电流,并且通过使用检测的电压和检测的电流来计算冲程;
通过使用计算出的冲程来计算速度,并且检测计算出的速度和所述电流之间的相位差;和
比较检测的相位差和参考相位差,并且基于比较的结果来改变运行容量。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,在所述改变运行容量的步骤中,当所述检测的相位差不等于所述参考相位差时,改变所述运行频率。
19.根据权利要求18所述的方法,其中,在所述改变运行频率的步骤中,如果所述检测的相位差大于所述参考相位差,则减小所述运行频率,并且如果所述检测的相位差小于所述参考相位差,则增加所述运行频率。
20.根据权利要求17所述的方法,其中,所述改变运行容量的步骤包括:
当所述检测的相位差等于所述参考相位差时,检测当前运行频率;
根据所述运行频率检测负载大小;
确定对应于检测的负载大小的冲程参考值;
基于所述冲程参考值和所述当前冲程值之间的差值产生PWM信号;和
通过基于所述PWM信号控制施加到马达的电压来改变所述运行容量。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20090121 |