DE10226491A1

DE10226491A1 - Hubsteuervorrichtung eines Kolbenverdichters und Verfahren dafür

Info

Publication number: DE10226491A1
Application number: DE10226491A
Authority: DE
Inventors: Jae-Yoo Yoo; Chel Woong Lee; Min-Kyu Hwang
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2022-06-15
Also published as: JP4170662B2; DE10226491B4; CN1219975C; US6851934B2; US20030026702A1; BR0201947A; KR20030012262A; CN1400388A; JP2003056470A; KR100408068B1; BRPI0201947B1

Abstract

Bei einer Hubsteuervorrichtung eines Kolbenverdichters und einem Verfahren dafür beinhaltet die Hubsteuervorrichtung des Kolbenverdichters einen Kolbenverdichter, eine Stromermittlungseinheit zur Ermittlung eines Stroms, der in einem Motor des Kolbenverdichters fließt, eine Hubermittlungseinheit zur Ermittlung eines Kolbenhubs unter Verwendung einer Spannung und eines Stroms, die dem Motor des Kolbenverdichters zugeführt werden, eine Phasendifferenzermittlungseinheit zur Ermittlung einer Phasendifferenz durch Empfangen des Kolbenhubs von der Hubermittlungseinheit und des Motorstroms von der Stromermittlungseinheit, eine Betriebsfrequenzbestimmungseinheit zur Bestimmung einer einem Betriebsbereich entsprechenden Betriebsfrequenz gemäß der errechneten Phasendifferenz, eine Frequenz-/Hubspeichereinheit zur Speicherung eines Kolbenhubwerts durch die bestimmte Betriebsfrequenz, eine Bezugshubwertbestimmungseinheit zur Bestimmung eines der bestimmten Betriebsfrequenz entsprechenden Bezugshubwerts unter Verwendung des Hubwerts, der in der Frequenz-/Hubspeichereinheit vorgespeichert ist, eine Steuereinheit zum Vergleich des Bezugshubwerts mit einem vorliegenden Kolbenhubwert nach einem bestimmten Zeitpunkt und zur Ausgabe eines Hubsteuersignals gemäß dem Vergleichsergebnis und einen Wechselrichter zur Veränderung einer Betriebsfrequenz und einer Spannung, die dem Motor des Kolbenverdichters zugeführt wird, gemäß dem Hubsteuersignal der Steuereinheit.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hubsteuervorrichtung eines Kolbenverdichters und ein Verfahren dafür, und insbesondere eine Hubsteuervorrichtung eines Kolbenverdichters und ein Verfahren dafür, die imstande sind, eine Betriebsleistungsfähigkeit eines Kolbenverdichters durch Ermitteln einer Phasendifferenz zwischen einem Hub und einem Strom und Verändern einer Betriebsfrequenz, um zu veranlassen, daß eine Betriebsdistanz eines Hubs bei jeder Ladungsveränderung nahe dem oberen Totpunkt = 0 angeordnet ist, zu verbessern.

2. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK

Ein allgemein verbreiteter Kolbenverdichter erzeugt ein Drehmoment gemäß der Rotation eines Motors durch stoßweise Leistung, die unter Verwendung eines Schaltgeräts einer Spule um einen Mehrphasenständer des Motors zugeführt wird, und er erzeugt ein Drehmoment gemäß Rotation gemäß einer magnetischen Anziehungskraft durch allmähliches Verändern eines Erregungszustands zwischen einem Läufer und einem Ständer.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Bauweise der herkömmlichen Hubsteuervorrichtung eines Kolbenzylinders darstellt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, beinhaltet die herkömmliche Hubsteuervorrichtung des Kolbenverdichters einen Kolbenverdichter 10, der eine Kühlkapazität durch Auf- und Abbewegen eines Kolbens und Veränderns eines Hubs reguliert, eine Stromermittlungseinheit 20, die einen Strom ermittelt, welcher im Kolbenverdichter 10 erzeugt wird, eine Hubermittlungseinheit 30, die einen Hub des Kolbens gemäß einer Spannung ermittelt, die dem Kolbenverdichter 10 zugeführt wird, eine Phasendifferenzermittlungseinheit 40, die einen Differenzwert der jeweiligen Phase des Stroms und des Hubs ermittelt, die in der Stromermittlungseinheit 20 und der Hubermittlungseinheit 30 ermittelt werden, eine Hubvibrationsermittlungseinheit 50, die unter Verwendung einer Veränderungsmenge der ermittelten Phasendifferenz eine Hubvibration ermittelt, eine Hubsteuereinheit 60, welche die Hubvibration ermittelt, einen Hub errechnet, der beim Betrieb des Kolbenverdichters 10 gemäß einer erwarteten Kühlkapazität erfolgt ist, welche von einem Benutzer eingestellt wurde, den errechneten Hub mit einem Bezugshubwert vergleicht, der vom Benutzer bei einem Vorbetrieb des Kolbenverdichters 10 eingegeben wurde, und ein Schaltsteuersignal zur Hubsteuerung ausgibt, und einen Wechselrichter 70, der ein Schaltsteuersignal zur Hubsteuerung empfängt und den Kolbenverdichter 10 betreibt.
Im folgenden wird der Betrieb der herkömmlichen Hubsteuervorrichtung des Kolbenverdichters 10 beschrieben.
Zuerst führt der Kolben des Kolbenverdichters 10 eine lineare Hin- und Herbewegung durch eine Hubeingangsspannung gemäß einem anfänglichen Bezugshubwert aus, der vom Benutzer eingestellt wurde, durch die lineare Hin- und Herbewegung des Kolbens wird ein Hub als eine Betriebsdistanz des Kolbens bestimmt, dementsprechend wird eine Kühlkapazität durch Verändern des Hubs gesteuert. Hierbei ermitteln die Stromermittlungseinheit 20 und die Hubermittlungseinheit 30 einen Strom und einen Hub des Kolbenverdichters 10.
Danach ermittelt die Phasendifferenzermittlungseinheit 40 unter Verwendung des ermittelten Stroms und Hubs eine Phase, errechnet einen entsprechenden Differenzwert und beurteilt unter Verwendung einer Veränderungsmenge eine Hubvibration.
Beim Vorbetrieb des Kolbenverdichters 10 steuert die Hubsteuereinheit 60 den Betrieb des Kolbenverdichters 10 gemäß dem anfänglichen Bezugshubwert, wenn ein Hubvibrationsermittlungssignal von der Hubvibrationsermittlungseinheit 50 beim Betrieb des Kolbenverdichters 10 eingegeben wird, leitet die Hubsteuereinheit 60 ein Umkehrsignal an den Wechselrichter 70.
Wie oben beschrieben erfolgt eine Betriebssteuerung zum Betrieb des Kolbenverdichters 10 auf einer Höchstleistungsebene.
Da die Kolbenverdichtersteuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik jedoch eine starke Nichtlinearität in ihren mechanischen Bewegungsfunktionen aufweist, kann der Betrieb des Kolbenverdichters nicht präzise und genau durch ein lineares Steuerverfahren durchgeführt werden, ohne die Nichtlinearität in Betracht zu ziehen. Eine Betriebsleistung könnte durch Ermittlung eines Wendepunkts einer Phasendifferenz zwischen einem Strom und einem Hub des Kolbenverdichters und Durchführung einer dementsprechenden Betriebssteuerung verbessert werden, wenn der Kolbenverdichter jedoch fortlaufend in Betrieb ist, könnte eine Betriebsleistung aufgrund einer Ladungsveränderung gemäß Veränderungen äußerlicher Umstände vermindert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um das oben angeführte Problem zu lösen, ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hubsteuervorrichtung eines Kolbenverdichters und ein Verfahren dafür zu schaffen, die imstande sind, eine Betriebsleistung durch Ermitteln einer Phasendifferenz zwischen einem Hub und einem Strom und Verändern einer Betriebsfrequenz bei Ladungsveränderungen zu verbessern.

Um die oben angeführte Aufgabe zu erfüllen, beinhaltet eine Hubsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Kolbenverdichter, eine Stromermittlungseinheit zur Ermittlung eines Stroms, der in einem Motor des Kolbenverdichters fließt, eine Hubermittlungseinheit zur Ermittlung eines Kolbenhubs unter Verwendung einer Spannung und eines Stroms, die dem Motor des Kolbenverdichters zugeführt werden, eine Phasendifferenzermittlungseinheit zur Ermittlung einer Phasendifferenz durch Empfangen des Kolbenhubs von der Hubermittlungseinheit und des Motorstroms von der Stromermittlungseinheit, eine Betriebsfrequenzbestimmungseinheit zur Bestimmung einer einem Betriebsbereich entsprechenden Betriebsfrequenz gemäß der errechneten Phasendifferenz, eine Frequenz- /Hubspeichereinheit zur Speicherung eines Kolbenhubwerts durch die bestimmte Betriebsfrequenz, eine Bezugshubwertbestimmungseinheit zur Bestimmung eines der bestimmten Betriebsfrequenz entsprechenden Bezugshubwerts unter Verwendung des Hubwerts, der in der Frequenz- /Hubspeichereinheit vorgespeichert ist, eine Steuereinheit zum Vergleich des Bezugshubwerts mit einem vorliegenden Kolbenhubwert nach einem bestimmten Zeitpunkt und zur Ausgabe eines Hubsteuersignals gemäß dem Vergleichsergebnis und einen Wechselrichter zur Veränderung einer Betriebsfrequenz und einer Spannung, die dem Motor des Kolbenverdichters zugeführt wird, gemäß dem Hubsteuersignal der Steuereinheit.

Außerdem beinhaltet ein Hubsteuerverfahren eines Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung das Ermitteln einer Ladungsveränderung, während ein Kolbenverdichter mit einer Bezugsbetriebsfrequenz betrieben wird, das Ermitteln einer Betriebsfrequenz in einem Betriebsbereich durch Erhöhen/Vermindern einer Betriebsfrequenz, wenn die Ladungsveränderung ermittelt wird, und das Durchführen einer Hubsteuerung gemäß einem Bezugshubwert nach dem Bestimmen des der Betriebsfrequenz in einem Hochleistungsbetriebsbereich entsprechenden Bezugshubwerts.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die beigefügten Zeichnungen, die enthalten sind, um ein weiteres Verstehen der Erfindung bereitzustellen, und die in der Schrift enthalten sind und ein Teil von ihr bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der Erfindung zu erklären.
Fig. 1 ist ein Schaltplan, der einen Bau der herkömmlichen Hubsteuervorrichtung eines Kolbenverdichters darstellt;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das einen Bau einer Hubsteuervorrichtung eines Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 3 ist eine beispielhafte Ansicht, die einen beständigen Betriebsbereich eines Kolbenverdichters darstellt;
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das ein Hubsteuerverfahren eines Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die eine Veränderung einer mechanischen Resonanzfrequenz gemäß einer Ladungsveränderung eines Kolbenverdichters zeigt;
Fig. 6A ist eine graphische Darstellung, die eine Veränderung eines Betriebspunkts eines Kolbenverdichters gemäß einer Ladungsveränderung zeigt, wenn eine Betriebsfrequenz des Kolbenverdichters einheitlich ist;
Fig. 6B ist eine graphische Darstellung, die eine Veränderung eines Betriebspunkts eines Kolbenverdichters gemäß einer Veränderung einer Betriebsfrequenz zeigt, wenn eine Ladung des Kolbenverdichters einheitlich ist; und
Fig. 7 ist eine beispielhafte Ansicht, die eine Hubsteuerung durch Erhöhen einer Betriebsfrequenz gemäß einer Ladungsveränderung eines Kolbenverdichters zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine Hubsteuervorrichtung eines Kolbenverdichters und ein Verfahren dafür gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das einen Bau einer Hubsteuervorrichtung eines Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in Fig. 2 dargestellt, beinhaltet eine Hubsteuervorrichtung eines Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung einen Kolbenverdichter 100, der eine Kühlkapazität durch Auf- und Abbewegung eines Kolbens und Veränderung eines Hubs durch eine Spannung, die einem Motor gemäß einem von einem Benutzer eingestellten Bezugshubwert zugeführt wird, reguliert, eine Stromermittlungseinheit 110, die einen Strom ermittelt, der im Motor des Kolbenverdichters 100 fließt, eine Hubermittlungseinheit 120, die einen Kolbenhub unter Verwendung einer Spannung und eines Stroms ermittelt, die dem Motor des Kolbenverdichters 100 zugeführt werden, eine Phasendifferenzermittlungseinheit 130, die eine Phasendifferenz durch Empfangen des Kolbenhubs von der Hubermittlungseinheit 120 und des Motorstroms von der Stromermittlungseinheit 110 ermittelt, eine Betriebsfrequenzbestimmungseinheit 140, die eine einem Betriebsbereich einer Phasendifferenz, die durch Versuche ermittelt wurde, entsprechende Betriebsfrequenz vorspeichert, beurteilt, ob die in der Phasendifferenzermittlungseinheit 130 ermittelte Phasendifferenz in dem Phasendifferenzbetriebsbereich enthalten ist, und eine Betriebsfrequenz bestimmt, um den Kolbenverdichter 100 innerhalb des Betriebsbereichs zu betreiben, eine Frequenz-/Hubspeichereinheit 150, die einen Kolbenhubwert durch die jeweilige Betriebsfrequenz vorspeichert, eine Bezugshubwertbestimmungseinheit 160, die einen der Betriebsfrequenz, welche von der Betriebsfrequenzbestimmungsvorrichtung 140 unter Verwendung des in der Frequenz-/Hubspeichereinheit 150 vorgespeicherten Hubwerts ausgegeben wird, entsprechenden Bezugshubwert bestimmt, eine Steuereinheit 170 zum Vergleich des Bezugshubwerts mit einem vorliegenden Kolbenhubwert und zur Ausgabe eines Hubsteuersignals gemäß einem Vergleichsergebnis und einen Wechselrichter 180 zur Veränderung einer Spannung, die dem Motor des Kolbenverdichters 100 zugeführt wird, durch Veränderung einer Betriebsfrequenz durch das Hubsteuersignal der Steuereinheit 170.
Dabei beinhaltet die Betriebsfrequenzbestimmungseinheit 140 eine Betriebsbereichspeichereinheit 141 zum Vorspeichern einer einem Betriebsbereich der Phasendifferenz, die durch Versuche im Vorfeld ermittelt wurde, um den Kolbenverdichter 100 innerhalb des Betriebsbereichs zu betreiben, entsprechenden Betriebsfrequenz, einen Vergleicher 142, der die Phasendifferenz, die in der Phasendifferenzermittlungseinheit 130 ermittelt wurde, mit der Phasendifferenz innerhalb des Betriebsbereichs vergleicht, und ein Betriebsfrequenzbestimmungsgerät 143, das die Bezugsbetriebsfrequenz durch eine bestimmte Frequenzeinheit erhöht/vermindert und eine Frequenz zu einem bestimmten Zeitpunkt als Betriebsfrequenz gemäß einem Vergleichssignal des Vergleichers 142 bestimmt, wenn eine Phasendifferenz zwischen dem Strom und dem Kolbenhub zu dem Zeitpunkt im Betriebsbereich ist.
Außerdem beinhaltet die Steuereinheit 170 einen Vergleicher 171, der einen Bezugshubwert mit einem vorliegenden Kolbenhub vergleicht, und eine Hubsteuereinheit 172, die gemäß dem Vergleichsergebnis ein Hubsteuersignal zum Betrieb des Kolbenverdichters ausgibt.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen Betrieb und Vorzüge der Hubsteuervorrichtung des Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In der Hubsteuervorrichtung des Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Betriebsfrequenz verändert, damit der Motor innerhalb eines Betriebsbereichs betrieben wird, der eine Phasendifferenz zwischen einem Kolbenhub und einem Strom von 90° ± δ aufweist. Die Stromermittlungseinheit 110 ermittelt einen Strom, der dem Motor des Verdichters 100 zugeführt wird, die Hubermittlungseinheit 120 ermittelt einen Kolbenhub unter Verwendung der Spannung und des Stroms, die dem Motor zugeführt werden, und gibt jeweils den ermittelten Strom und Hub an die Phasendifferenzermittlungseinheit 130 aus. Danach empfängt das Betriebsfrequenzbestimmungsgerät 143 der Betriebsfrequenzbestimmungseinheit 140 die Phasendifferenz von der Phasendifferenzermittlungseinheit 130 und bestimmt eine Betriebsfrequenz.
Es wird nun ein Vorgang zum Bestimmen einer Betriebsfrequenz beschrieben.
Wenn der Kolbenverdichter 100 in einem mechanischen Resonanzstatus (Höchstleistungspunkt einer Betriebsfrequenz) ist, speichert zuerst die Betriebsbereichspeichereinheit 141 einen bestimmten Wert (± δ) auf der Grundlage eines Punkts, an dem eine Phasendifferenz zwischen dem Motorstrom und dem Kolbenhub 90° beträgt. Der bestimmte Wert wird hierbei durch Versuche bestimmt.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen die Betriebsleistungsfähigkeit des Kolbenverdichters 100 gemäß der Ladungsveränderung beschrieben.
Fig. 3 ist eine beispielhafte Ansicht, die einen beständigen Betriebsbereich eines Kolbenverdichters darstellt.
Wie in Fig. 3 dargestellt, ist eine Betriebsleistungsfähigkeit des Kolbenverdichters 100 an einem Punkt maximal, an dem eine Phasendifferenz zwischen dem Motorstrom und dem Kolbenhub, die in der Phasendifferenzermittlungseinheit 130 ermittelt werden, 90° beträgt.
Dann empfängt der Vergleicher 142 eine Phasendifferenz zwischen dem Kolbenhub und dem Motorstrom, die von der Phasendifferenzermittlungseinheit 130 ausgegeben wird, vergleicht die Phasendifferenz mit dem Betriebsbereich, der in der Betriebsbereichspeichereinheit 141 vorgespeichert ist, und leitet dem Betriebsfrequenzbestimmungsgerät 143 ein Vergleichssignal gemäß dem Vergleichsergebnis zu.
Wenn ein Wendepunkt der Phasendifferenz gemäß Ladungsveränderung des Kolbenverdichters 100 den Betriebsbereich verläßt, erhöht/vermindert das Betriebsfrequenzbestimmungsgerät die Betriebsfrequenz durch eine bestimmte Frequenzeinheit, um zu veranlassen, daß der Wendepunkt der Phasendifferenz zwischen dem Strom und dem Kolbenhub innerhalb des Betriebsbereichs angeordnet ist. Danach wird die Betriebsfrequenz, die durch Anordnen des Phasendifferenzwendepunkts innerhalb des Betriebsbereichs gesteuert wird, an das Bezugshubwertbestimmungsgerät 160 ausgegeben.
Wenn jedoch der Phasendifferenzwendepunkt innerhalb des Betriebsbereichs angeordnet ist, wird eine Frequenz zu diesem Zeitpunkt als eine Betriebsfrequenz bestimmt und direkt an das Bezugshubwertbestimmungsgerät 160 ausgegeben. Hierbei leitet das Betriebsfrequenzbestimmungsgerät 143 die gesteuerte Betriebsfrequenz gemäß einem Vergleichssignal vom Vergleicher 142 an das Bezugshubwertbestimmungsgerät 160 weiter.
Dementsprechend empfängt das Bezugshubwertbestimmungsgerät 160 die Betriebsfrequenz von der Betriebsfrequenzbestimmungseinheit 140 und bestimmt einen Bezugshubwert. Hierbei errechnet die Frequenz-/Hubspeichereinheit 150 einen der Betriebsfrequenz, die von der Betriebsfrequenzbestimmungseinheit 140 ausgegeben wird, entsprechenden Kolbenhub durch Versuche und speichert ihn, und das Bezugshubwertbestimmungsgerät 160 liest den der Betriebsfrequenz entsprechenden Kolbenhub ein und bestimmt ihn als Bezugshubwert.
Danach leitet die Steuereinheit 170, die mit dem Vergleicher 171 und der Hubsteuerung 172 ausgeführt ist, ein Hubsteuersignal zum Betrieb des Kolbenverdichters 100 an den Wechselrichter 180.
Es wird nun ein Vorgang zum Erstellen des Hubsteuersignals beschrieben.
Zuerst empfängt der Vergleicher 171 der Steuereinheit 170 einen Bezugshubwert, der von dem Bezugshubwertbestimmungsgerät 160 ausgegeben wird, vergleicht den Bezugshubwert mit einem Kolbenhub der Hubermittlungseinheit 120 und gibt gemäß dem Vergleichsergebnis ein Hubsteuersignal aus. Genauer gesagt vergleicht der Vergleicher 171 den Bezugshubwert mit dem Kolbenhub und gibt einen Differenzwert aus, die Hubsteuerung 172 erstellt gemäß dem Differenzwert ein ausgeglichenes Hubsteuersignal und leitet es an den Wechselrichter 180.
Danach verändert der Wechselrichter 180 eine Spannung, die dem Motor zugeführt wird, durch Veränderung einer Betriebsfrequenz gemäß dem Hubsteuersignal, das von der Steuereinheit 170 ausgegeben wurde, dementsprechend kann die Betriebssteuerung, die veranlaßt, daß der Kolbenverdichter 100 im Betriebsbereich, nämlich auf einem Höchstleistungspunkt, in Betrieb ist, ausgeführt werden.
Im folgenden wird jeder Durchführungsvorgang eines Hubsteuerverfahrens eines Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung eingehender beschrieben.
Ein Hubsteuerverfahren eines Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Ermitteln einer Ladungsveränderung, während ein Kolbenverdichter gemäß einer Bezugsbetriebsfrequenz in Betrieb ist, das Ermitteln einer Betriebsfrequenz in einem Betriebsbereich durch Erhöhen/Vermindern der Betriebsfrequenz, wenn die Ladungsveränderung ermittelt wird, und das Durchführen einer Hubsteuerung gemäß einem Bezugshubwert nach dem Bestimmen des der Betriebsfrequenz in einem Hochleistungsbetriebsbereich entsprechenden Bezugshubwerts.
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das das Hubsteuerverfahren des Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Es wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Fig. 5-7 eingehend beschrieben.
Zuerst wird eine Ladungsveränderung ermittelt, wie in Schritt S1, S2 gezeigt, während der Kolbenverdichter 100 durch eine Bezugsbetriebsfrequenz gemäß einem Bezugshub betrieben wird. Hierbei kann die Ladungsveränderung durch Überprüfen, ob ein Wendepunkt einer Phasendifferenz (PHASE-CS) zwischen einem Kolbenhub und einem Motorstrom innerhalb eines bestimmten Betriebsbereichs (90° - δ ~ 90° + δ) angeordnet ist, ermittelt werden. Hierbei wird, wie in Fig. 5 dargestellt, der Wendepunkt der Phasendifferenz (PHASE-CS) zwischen dem Kolbenhub und dem Motorstrom gemäß dem Erhöhen/Vermindern einer mechanischen Resonanzfrequenz aufgrund der Ladungsveränderung verändert.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die eine Veränderung einer mechanischen Resonanzfrequenz gemäß einer Ladungsveränderung eines Kolbenverdichters zeigt. Wie in Fig. 5 dargestellt, verschiebt sich, wenn ein Hub des Kolbenverdichters 100 einheitlich ist und eine Ladung des Kolbenverdichters 100 erhöht wird, ein Betriebspunkt des Kolbenverdichters 100 von Punkt "A" nach Punkt "B". Genauer gesagt wird eine mechanische Resonanzfrequenz erhöht.
Wenn jedoch eine Ladung vermindert wird, verschiebt sich der Betriebspunkt des Kolbenverdichters 100 von Punkt "A" nach Punkt "C". Genauer gesagt wird eine mechanische Resonanzfrequenz vermindert. Wie oben beschrieben, wird, wenn die mechanische Resonanzfrequenz gemäß der Ladungsveränderung des Kolbenverdichters 100 verändert wird, ein Höchstleistungspunkt, nämlich ein Betriebsbereich des Kolbenverdichters 100, verändert.
Folglich wird durch Erhöhen/Vermindern der mechanischen Resonanzfrequenz aufgrund der Ladungsveränderung des Kolbenverdichters 100 eine Hubsteuerung des Kolbenverdichters 100 nicht gut durchgeführt. Demgemäß wird, um das Erhöhen/Vermindern der mechanischen Resonanzfrequenz aufgrund der Ladungsveränderung auszugleichen, die Hubsteuerung durch Verändern der Betriebsfrequenz durchgeführt, um so zu veranlassen, daß ein Wendepunkt der Phasendifferenz (PHASE-CS) des Hubs und des Motorstroms innerhalb des Betriebsbereichs angeordnet sind.
Danach wird, wenn die Ladungsveränderung ermittelt wird, genauer gesagt, wenn der Wendepunkt der Phasendifferenz (PHASE-CS) des Hubs und des Motorstroms innerhalb des bestimmten Betriebsbereichs (90° - δ ~ 90° + δ) angeordnet ist, der Betrieb fortlaufend mit der Bezugsbetriebsfrequenz durchgeführt, die im Vorbetrieb des Kolbenverdichters eingegeben wurde. Wenn der Wendepunkt der Phasendifferenz (PHASE-CS) des Hubs und des Motorstroms nicht innerhalb des bestimmten Betriebsbereichs (90° - δ ~ 90° + δ) angeordnet ist, wird beurteilt, ob der Wendepunkt der Phasendifferenz (PHASE- CS) einen Wert aufweist, welcher größer als der des bestimmten Betriebsbereichs (90° + δ) ist, wie in Schritt S3 gezeigt.
Wenn der Wendepunkt der Phasendifferenz (PHASE-CS) einen Wert aufweist, welcher größer als der des bestimmten Betriebsbereichs (90° + δ) ist, wird eine Betriebsfrequenz erhöht, wie in Schritt S4 gezeigt, wenn der Wendepunkt der Phasendifferenz (PHASE-CS) einen Wert aufweist, welcher kleiner als der des bestimmten Betriebsbereichs (90° + δ) ist, wird eine Betriebsfrequenz vermindert, wie in Schritt S5 gezeigt, dann wird beurteilt, ob die verminderte Betriebsfrequenz innerhalb des Betriebsbereichs (90° - δ ~ 90° + δ) angeordnet ist, wie in Schritt S6 gezeigt, wenn die verminderte Betriebsfrequenz innerhalb des Betriebsbereichs (90° - δ ~ 90° + δ) angeordnet ist, wird die verminderte Betriebsfrequenz als eine Betriebsfrequenz beurteilt, wie in Schritt S7 gezeigt. Wenn die verminderte Betriebsfrequenz nicht innerhalb des Betriebsbereichs (90° - δ ~ 90° + δ) angeordnet ist, wird Schritt S3 durchgeführt, bis eine Betriebsfrequenz innerhalb des Betriebsbereichs (90° - δ ~ 90° + δ) angeordnet ist.
Hierbei wird, wie in Fig. 6A und 6B dargestellt, eine Betriebsfrequenz unter Verwendung einer graphischen Darstellung bestimmt, die ein Verhältnis zwischen einer Veränderung einer Phasendifferenz aufgrund einer Ladungsveränderung und einer Betriebsfrequenz gemäß einer Phasendifferenzveränderung zeigt.
Fig. 6A und 6B sind graphische Darstellungen, die die Veränderung eines Phasendifferenzwendepunkts gemäß einer Ladungsveränderung eines Kolbenverdichters und die Veränderung einer Betriebsfrequenz gemäß der Veränderung des Phasendifferenzwendepunkts zeigen.
Wie in Fig. 6A und 6B gezeigt, wird eine Betriebssteuerung durch Ausgleichen einer Ladungsveränderung des Kolbenverdichters unter Verwendung von Merkmalen der zwei Kennlinien ausgeführt.
Wenn ein Wendepunkt einer Phasendifferenz zwischen einem Kolbenhub und einem Strom gemäß einer Ladungsveränderung des Kolbenverdichters verändert wird, ist ein Wendepunkt einer Phasendifferenz (PHASE-CS) zwischen dem Kolbenhub und dem Strom durch Erhöhen/Vermindern einer Betriebsfrequenz in einem Hochleistungsbetriebsbereich angeordnet. Genauer gesagt, wenn eine Ladung erhöht wird, während der Kolbenverdichter im Hochleistungsbetriebsbereich betrieben wird, verläßt der Kolbenverdichter den Hochleistungsbetriebsbereich. Durch Erhöhen einer Betriebsfrequenz auf einen bestimmten Wert kehrt der Kolbenverdichter in den Hochleistungsbetriebsbereich zurück.
Fig. 7 zeigt einen Steuervorgang im einzelnen.
Fig. 7 ist eine beispielhafte Ansicht, die eine Hubsteuerung durch Erhöhen einer Betriebsfrequenz gemäß einer Ladungsveränderung eines Kolbenverdichters zeigt.
Wie in Fig. 7 gezeigt, ist, wenn der Kolbenverdichter bei einer konstanten Geschwindigkeit an einem bestimmten Betriebszeitpunkt betrieben wird, und wenn eine Ladungsveränderung nicht schwerwiegend ist, ein Phasendifferenz zwischen dem Kolbenhub und dem Strom in einem beständigen Betriebsbereich angeordnet, eine Betriebsfrequenz wird folglich nicht verändert.
Wenn jedoch ein Betriebspunkt aufgrund einer Ladungserhöhung größer als der beständige Betriebsbereich ist, wird eine Betriebsfrequenz in einer Richtung der gestrichelten Linie verschoben, wenn ein Betriebspunkt aufgrund einer Ladungsverminderung kleiner als der beständige Betriebsbereich ist, wird eine Betriebsfrequenz in einer Richtung der gestrichelten Linie verschoben. Obwohl eine Ladungsveränderung erfolgt, kann dementsprechend eine Betriebsleistungsfähigkeit eines Kolbenverdichters 100 durch Verändern einer Betriebsfrequenz, so daß veranlaßt wird, daß ein Betriebspunkt des Verdichters 100 nahe dem oberen Totpunkt = 0 angeordnet ist, verbessert werden.
Danach wird ein einer Betriebsfrequenz im bestimmten Betriebsbereich entsprechender Bezugshubwert bestimmt, wie in Schritt S8 gezeigt, und eine Hubsteuerung wird gemäß dem Bezugshubwert ausgeführt, wie in Schritt S9 gezeigt. Hierbei werden ein Wendepunkt der Phasendifferenz (PHASE-CS) innerhalb eines Betriebsbereichs zur Durchführung eines beständigen Betriebs und eine dem Wendepunkt entsprechende Betriebsfrequenz durch Versuche vorher ermittelt und vorgespeichert. Außerdem wird ein Hub durch die jeweilige Betriebsfrequenz ermittelt und vorgespeichert.
Danach kann der Kolbenverdichter durch wiederholte Durchführung des Steuervorgangs auf einem mechanischen Resonanzpunkt, nämlich einem Höchstleistungspunkt, betrieben werden.
Im Hubsteuervorgang des Kolbenverdichters kann, wenn keine Phasendifferenzveränderung aufgrund einer Ladungsveränderung besteht, der Hubsteuervorgang lediglich durch Vergleichen eines vorherigen Kolbenhubs mit einem Kolbenhub nach einem bestimmten Zeitraum durchgeführt werden.
Genauer gesagt, wenn der vorherige Kolbenhub größer als ein Bezugshubwert nach einem bestimmten Zeitraum ist, wird eine Aufnahme des Verdichters vermindert, wenn der vorherige Kolbenhub kleiner als ein Bezugshubwert nach einem bestimmten Zeitraum ist, wird eine Aufnahme des Verdichters erhöht (nicht gezeigt).
Wie oben beschrieben ist es möglich, eine Betriebsleistungsfähigkeit zu verbessern, indem ein Hub durch Verändern einer Betriebsfrequenz gesteuert wird, so daß eine Betriebsdistanz eines Kolbens nahe dem oberen Totpunkt = 0 als Resonanzfrequenzbereich angeordnet ist.
Da die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt sein kann, ohne von ihrer Wesensart oder wesentlichen ihrer Merkmale abzuweichen, sollte es sich außerdem verstehen, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen, wenn nicht anders angegeben, durch keine der Details der vorausgehenden Beschreibung begrenzt sind, sondern eher allgemein innerhalb ihres Umfangs und Wesens wie in den beigefügten Ansprüchen definiert aufgefaßt werden sollen, und daher sollen alle Änderungen und Modifikationen innerhalb der Abgrenzungen der Ansprüche, oder Äquivalenten dieser Abgrenzungen, durch die beigefügten Ansprüche umfaßt sein.

Claims

1. Hubsteuervorrichtung eines Kolbenverdichters, umfassend:
einen Kolbenverdichter;
eine Stromermittlungseinheit zur Ermittlung eines Stroms, der in einem Motor des Kolbenverdichters fließt;
eine Hubermittlungseinheit zur Ermittlung eines Kolbenhubs unter Verwendung einer Spannung und eines Stroms, die dem Motor des Kolbenverdichters zugeführt werden;
eine Phasendifferenzermittlungseinheit zur Ermittlung einer Phasendifferenz durch Empfangen des Kolbenhubs von der Hubermittlungseinheit und des Motorstroms von der Stromermittlungseinheit;
eine Betriebsfrequenzbestimmungseinheit zur Bestimmung einer einem Betriebsbereich entsprechenden Betriebsfrequenz gemäß der errechneten Phasendifferenz;
eine Frequenz-/Hubspeichereinheit zur Speicherung eines Kolbenhubwerts durch die bestimmte Betriebsfrequenz;
eine Bezugshubwertbestimmungseinheit zur Bestimmung eines der bestimmten Betriebsfrequenz entsprechenden Bezugshubwerts unter Verwendung des Hubwerts, der in der Frequenz-/Hubspeichereinheit vorgespeichert ist;
eine Steuereinheit zum Vergleich des Bezugshubwerts mit einem vorliegenden Kolbenhubwert nach einem bestimmten Zeitpunkt und zur Ausgabe eines Hubsteuersignals gemäß dem Vergleichsergebnis; und
einen Wechselrichter zur Veränderung einer Betriebsfrequenz und einer Spannung, die dem Motor des Kolbenverdichters zugeführt wird, gemäß dem Hubsteuersignal der Steuereinheit.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Betriebsfrequenzbestimmungseinheit beinhaltet:
eine Betriebsbereichspeichereinheit zur Ermittlung und Speicherung einer Phasendifferenz zwischen einem Strom und einem Kolbenhub innerhalb eines Hochleistungsbetriebsbereichs;
einen Vergleicher zum Vergleichen der Phasendifferenz, die in der Phasendifferenzermittlungseinheit ermittelt wird, mit einer Phasendifferenz innerhalb des Betriebsbereichs; und
ein Betriebsfrequenzbestimmungsgerät zum Hinzufügen/Abziehen der Betriebsfrequenz, wenn die Phasendifferenz den Betriebsbereich aufgrund einer Ladungsveränderung verläßt, und ihre Ausgabe.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Betriebsfrequenzbestimmungsgerät eine Betriebsfrequenz zu einem bestimmten Zeitpunkt als eine Betriebsfrequenz bestimmt, wenn die Betriebsfrequenz zu dem bestimmten Zeitpunkt durch Hinzufügen/Abziehen einer Bezugsbetriebsfrequenz in einem Vorbetrieb des Kolbenverdichters durch eine bestimmte Frequenzeinheit innerhalb des Betriebsbereichs angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Betriebsfrequenzbestimmungsgerät eine Betriebsfrequenz erhöht, wenn die Phasendifferenz größer als eine Obergrenze des Betriebsbereichs ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Betriebsfrequenzbestimmungsgerät eine Betriebsfrequenz vermindert, wenn eine Phasendifferenz zwischen dem Strom und dem Kolbenhub kleiner als eine Untergrenze des Betriebsbereichs ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wechselrichter imstande ist, eine Motoreingangsspannung und eine Frequenz zu verändern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wechselrichter ein Einphasenwechselrichter ist, der eine Gleichspannung in eine einphasige Wechselspannung umändert.

8. Hubsteuerverfahren eines Kolbenverdichters, umfassend:
das Ermitteln einer Ladungsveränderung, während ein Kolbenverdichter mit einer Bezugsbetriebsfrequenz betrieben wird;
das Ermitteln einer Betriebsfrequenz in einem Betriebsbereich durch Erhöhen/Vermindern einer Betriebsfrequenz, wenn die Ladungsveränderung ermittelt wird; und
das Durchführen einer Hubsteuerung gemäß einem Bezugshubwert nach dem Bestimmen des der Betriebsfrequenz in einem Hochleistungsbetriebsbereich entsprechenden Bezugshubwerts.

9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend:
Ermitteln einer Phasendifferenz in einem Hochleistungsbetriebsbereich und Speichern derselben.

10. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend:
Speichern eines der jeweiligen Betriebsfrequenz entsprechenden Hubs.

11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Ladungsveränderung durch Überprüfen ermittelt wird, ob eine Phasendifferenz zwischen einem Motorstrom und einem Hub innerhalb des Hochleistungsbetriebsbereichs angeordnet ist.

12. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Ermittelns der Betriebsfrequenz folgende Unterschritte beinhaltet:
Erhöhen einer Betriebsfrequenz, wenn eine Phasendifferenz zwischen dem Strom und dem Hub größer als eine Obergrenze des Betriebsbereichs ist;
Vermindern einer Betriebsfrequenz, wenn eine Phasendifferenz zwischen dem Strom und dem Hub kleiner als eine Untergrenze des Betriebsbereichs ist; und
Ermitteln einer Betriebsfrequenz durch Beurteilen, ob die erhöhte/verminderte Betriebsfrequenz innerhalb des Betriebsbereichs angeordnet ist.

13. Hubsteuerverfahren eines Kolbenverdichters, umfassend:
Ermitteln eines Wendepunkts einer Phasendifferenz zwischen einem Kolbenhub und einem Motorstrom durch Erhöhen/Vermindern eines Bezugshubwerts;
Ermitteln einer Ladungsveränderung nach dem Einstellen eines Kolbenhubs am Wendepunkt der Phasendifferenz zwischen dem Kolbenhub und dem Motorstrom als Bezugshubwert;
Erhöhen/Vermindern der Bezugsbetriebsfrequenz und Vermindern des Bezugshubwerts zu einem bestimmten Wert, wenn die Ladungsveränderung ermittelt wird, und Zurückkehren zum Schritt des Ermittelns des Wendepunkts; und
Steuern eines Hubs des Kolbens gemäß dem eingestellten Bezugshubwert, wenn die Ladungsveränderung nicht ermittelt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der bestimmte Wert durch Versuche so eingerichtet wird, daß ein Wendepunkt der Phasendifferenz zwischen dem Kolbenhub und dem Strom leicht ermittelt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Zurückkehrens folgende Unterschritte beinhaltet:
Erhöhen einer Betriebsfrequenz, wenn ein Wendepunkt der Phasendifferenz zwischen dem Kolbenhub und dem Strom größer als eine Obergrenze eines Hochleistungsbetriebsbereichs ist; und
Vermindern einer Betriebsfrequenz, wenn eine Phasendifferenz zwischen dem Strom und dem Hub kleiner als eine Untergrenze des Betriebsbereichs ist.

16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Ladungsveränderung unter Verwendung einer Phasendifferenz zwischen dem Motorhub und dem Motorstrom ermittelt wird.

17. Hubsteuerverfahren eines Kolbenverdichters, umfassend:
Vermindern einer Aufnahme eines Verdichters, wenn keine Phasenveränderung aufgrund einer Ladungsveränderung vorliegt und ein vorheriger Kolbenhub größer als ein Bezugshubwert nach einem bestimmten Zeitpunkt ist; und
Erhöhen einer Aufnahme eines Verdichters, wenn keine Phasenveränderung aufgrund einer Ladungsveränderung vorliegt und ein vorheriger Kolbenhub kleiner als ein Bezugshubwert nach einem bestimmten Zeitpunkt ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Ladungsveränderung unter Verwendung einer Phasendifferenz zwischen dem Motorhub und dem Motorstrom ermittelt wird.