DE10361021A1

DE10361021A1 - Vorrichtung und Verfahren für die Steuerung des Betriebs eines Hubkolbenverdichters

Info

Publication number: DE10361021A1
Application number: DE10361021A
Authority: DE
Inventors: Chel-Woong Sindaebang-Dong Lee; Ji-Won Sung; Jae-Yoo Gwangmyeong Yoo
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: CN1573107A; BRPI0400470A; US20040239266A1; JP4602676B2; KR100517935B1; JP2004353657A; KR20040101768A; US7335001B2; CN100394028C; DE10361021B4

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Hubkolbenverdichters können die Effizienz eines Kompressors verbessern, indem eine Betriebsfrequenz und eine mechanische Resonanzfrequenz in Einklang gebracht werden. Die Vorrichtung enthält eine Berechnungs-Einheit der mechanischen Resonanzfrequenz, die einen Strom, der dem Kompressor zugeführt wird, und einen Hub verwendet, um damit die mechanische Resonanzfrequenz zu berechnen; eine Betriebsfrequenz-Referenzwert-Bestimmungs-Einheit, um damit innerhalb eines festgelegten Bereichs der berechneten, mechanischen Resonanzfrequenz einen Betriebsfrequenz-Referenzwert zu bestimmen; sowie eine Steuerung, um damit die bestimmte Betriebsfrequenz und eine aktuelle Betriebsfrequenz miteinander zu vergleichen, und dann variabel eine Betriebsfrequenz des Kompressors, entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs, zu steuern, so dass die Hub-Rückkopplung oder TDC-Rückkopplung genauer gesteuert werden kann. Daraus folgend wird eine Betriebs-Effizienz des Kompressors verbessert.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Hubkolbenverdichter und im Besonderen mit einer Vorrichtung und einem Verfahren für die Steuerung eines Betriebs eines Hubkolbenverdichters, die in der Lage sind, die Betriebseffizienz eines Kompressors durch die Berechnung einer mechanischen Resonanzfrequenz, die einem Belastungszustand entspricht, zu verbessern, und eine Frequenz entsprechend der berechneten Resonanzfrequenz variabel zu steuern.
2. Beschreibung des technischen Hintergrunds
Heutzutage werden verschiedene Typen von Kompressoren verwendet, und der am häufigsten verwendete dieser Kompressoren ist ein Hubkolbenverdichter, um Kühlgas anzusaugen, zu komprimieren und abzugeben, während ein Kolben sich linear in einem Zylinder hin- und herbewegt.
Der Hubkolbenverdichter kann in einen Recipro-Typ und einen linearen Typ unterteilt werden, entsprechend dem Typ, wie der Kolben angetrieben wird.
Im Kompressor vom Recipro-Typ wird eine Rotationsbewegung eines Motors in eine lineare Bewegung umgewandelt, um Kühlgas zu komprimieren, um jedoch eine Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung zu konvertieren, ist eine Konvertiervorrichtung nötig, wie etwa eine Schraube, eine Kette, ein Getriebesystem, ein Zahnriemen oder etwa Ähnliches. Folglich ist der Energieverlust auf Grund der Konversion hoch, und eine Vorrichtung hat einen komplizierten Aufbau. Aus diesem Grund wird heutzutage generell ein Hubkolbenverdichter vom linearen Typ verwendet, bei welchem der Motor selber linear hin- und herbewegt.
Da der Motor selber eine lineare Antriebskraft erzeugt, besteht bei dem linearen Typ des Hubkolbenverdichter kein Bedarf an einer mechanischen Konvertiervorrichtung, daher ist sein Aufbau nicht kompliziert, der Verlust, der durch die Konversion von Energie entsteht, kann verringert werden, und Lärm kann erheblich reduziert werden, da es kein Anschlussstück gibt, an dem Reibung und Abrieb erzeugt werden.
Im Falle der Verwendung des Hubkolbenverdichters vom linearen Typ für einen Kühlschrank und eine Klimaanlage, kann die Gefrierkapazität variabel gesteuert werden, da dann, wenn eine an den Kompressor angelegte Hubspannung variiert wird, ein Verdichtungsverhältnis variiert wird.
1 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Vorrichtung für die Steuerung eines Betriebs eines konventionellen Hubkolbenverdichters zeigt.
Wie dort gezeigt wird, enthält die Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs des Hubkolbenverdichters einen Hubkolbenverdichter 3, der einen Hub (womit der Abstand zwischen einem oberen Todpunkt eines Kolbens und seinem unteren Todpunkt gemeint ist) variiert, indem er einen Kolben durch eine Hubspannung hin- und herbewegt, und dadurch die Gefrierkapazität (oder Kühlkapazität) steuert; ein Spannungs-Messgerät 5, um damit eine Spannung, die von dem Hubkolbenverdichter 3 erzeugt wird, zu messen; ein Strom-Messgerät 6, um damit einen Strom, der von dem Hubkolbenverdichter 3 erzeugt wird, zu messen; eine Hub-Berechnungs-Einheit 4, um damit einen Hub durch den gemessenen Strom und die gemessene Spannung sowie einen Motorparameter abzuschätzen; einen Komparator 1, um damit den geschätzten Hubwert und einen Hub-Referenzwert miteinander zu vergleichen, und dann ein Differenzsignal, entsprechen dem Ergebnis des Vergleichs, auszugeben; und eine Steuerung 2, die entsprechend dem Differenzsignal eine an den Motor angelegte Spannung variiert, und dadurch den Hub steuert.
Steuerungsvorgänge des konventionellen Hubkolbenverdichters, der so wie oben geschildert aufgebaut ist, werden jetzt beschrieben.
Wenn in dem Hubkolbenverdichter 3 der Kompressor 3 einen vom Benutzer festgelegten Hub-Referenzwert erhält, und dann einen Hubwert ausgibt, wird ein Hub durch eine vertikale Bewegung eines Kolbens in einem Zylinder variiert, und ein Kühlgas aus dem Zylinder wird durch ein Abgabeventil in einen Kondensator überführt, wodurch die Gefrierkapazität gesteuert wird.
Wenn der Hub durch die Hubspannung variiert wird, messen hier ein Spannungs-Messgerät und ein Strom-Messgerät eine Spannung und einen Strom, die vom Hubkolbenverdichter erzeugt werden, und geben die jeweils gemessenen Spannungs- und Stromwerte an die Hub-Berechnungs-Einheit 4 weiter. Daraus folgend berechnet die Hub-Berechnungs-Einheit 4 eine Geschwindigkeit des Kolbens (Gleichung 1) und einen Hub (Gleichung 2), indem die Spannung und der Strom und ein Motorparameter auf die untere Gleichung angewendet werden, und er gibt danach den geschätzten Hubwert an den Komparator 1 aus. Geschwindigkeit = VM – Ri – L di/dt (1) Hub = 1/α ∫(Geschwindigkeit) dt (2)
Hier bedeutet α eine Motorkonstante für die Berechnung eines Hubs und für das Konvertieren einer elektrischen Kraft in eine mechanische Kraft, R einen Verlustwert, der durch Widerstände, wie etwa Kupferverlust und Eisenverlust verursacht wird, L Induktivität und V_M eine Spannung zwischen beiden Enden des Motors.
Danach vergleicht der Komparator 1 den geschätzten Hubwert und den Hub-Referenzwert miteinander, und wendet ein Differenzsignal, entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs, auf die Steuerung 2 an. Daraus folgend variiert die Steuerung 2 eine Spannung, die an den Motor des Kompressors 3 angelegt wird, und steuert so einen Hub.
2 ist ein Betriebs-Fließschema für ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebs entsprechend einem geschätzten Hubwert des konventionellen Hubkolbenverdichters.
Wie dort gezeigt ist, erhält die Hub-Berechnungs-Einheit 4 eine Spannung und einen Strom, die an den Hubkolbenverdichter angelegt werden, und schätzt einen aktuellen Hub ab (SP1).
Wenn der geschätzte aktuelle Hubwert größer als der Hub-Referenzwert ist, senkt die Steuerung 2 danach eine an einen Motor angelegte Spannung (SP2, SP4), oder die Steuerung 2 steigert eine an einen Motor angelegte Spannung, wenn der geschätzte aktuelle Hubwert geringer als der Hub-Referenzwert ist (SP2, SP3).
In der Vorrichtung und dem Verfahren zur Steuerung des Betriebs des konventionellen Hubkolbenverdichter, wird jedoch selbst dann, wenn eine mechanische Resonanzfrequenz variiert wird, wenn eine Belastung (eine Temperatur der Außenluft eines Kühlschranks oder eine Temperatur eines Kondensators) variiert wird, ein Hub von einer konstanten Frequenz gesteuert, ohne eine Betriebsfrequenz zu variieren, weswegen die Betriebseffizienz des Kompressors beeinträchtigt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Deswegen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eins Hubkolbenverdichters bereitzustellen, die in der Lage sind, die Betriebseffizienz eines Kompressors zu verbessern, indem ein durchschnittlicher Wert von einer Periode eines Wertes, der durch die Multiplikation eines Hubes und eines Stroms miteinander als eine mechanische Resonanzfrequenz erhalten wurde, bestimmt wird, und eine Betriebsfrequenz, deren Durchschnittswert nahe bei Null liegt, als eine Betriebsfrequenz bestimmt wird, um eine Betriebsfrequenz mit einer mechanischen Resonanzfrequenz abzugleichen, immer wenn eine Belastung variiert wird.
Um dies und andere Vorteile zu erreichen, und entsprechend dem Zweck der vorliegenden Erfindung, wie sie hier ausgeführt und ausführlich beschrieben ist, wird eine Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebes eines Hubkolbenverdichters bereitgestellt, die Folgendes enthält: eine Berechnungs-Einheit der mechanischen Resonanzfrequenz, um damit eine mechanische Resonanzfrequenz unter Verwendung eines Stroms, der an einen Kompressor angelegt wird, und eines Hubes zu berechnen; eine Betriebsfrequenz-Referenzwert-Bestimmungs-Einheit, um damit einen Referenzwert der Betriebsfrequenz innerhalb eines festgelegten Bereichs der berechneten, mechanischen Resonanzfrequenz zu bestimmen; und eine Steuerung, um damit den bestimmten Betriebsfrequenz-Referenzwert und eine aktuelle Betriebs-Frequenz miteinander zu vergleichen, und dann eine Betriebsfrequenz des Kompressors, entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs, variabel zu steuern.
Um dies und andere Vorteile zu erreichen, und entsprechend dem Zweck der vorliegenden Erfindung, wie sie hier ausgeführt und ausführlich beschrieben ist, wird eine Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebes eines Hubkolbenverdichters bereitgestellt, die folgende Schritte enthält: Messen eines Stroms, der dem Kompressor zugeführt wird, und eines Hubs bei einer bestimmten Periode; Berechnen einer mechanischen Resonanzfrequenz, unter Verwendung des gemessenen Stroms und eines Hubes; und Bestimmen eines Betriebsfrequenz-Referenzwertes durch Verringern/Steigern einer aktuellen Betriebsfrequenz, um so innerhalb eines festgelegten Bereichs der mechanischen Resonanzfrequenz zu liegen, und dann den Kompressor mit dem Betriebsfrequenz-Referenzwert anzutreiben.
Die vorausgegangenen und andere Ziele, Eigenschaften, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende, detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, noch offensichtlicher werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die begleitenden Zeichnungen, die beigefügt wurden, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu vermitteln, und einen Bestandteil dieser Spezifikation bilden, sowie in sie integriert sind, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung, und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
In den Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebs des konventionellen Hubkolbenverdichters veranschaulicht;
2 ist ein Betriebs-Fließschema, das ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebs, entsprechend einem geschätzten Hubwert des konventionellen Hubkolbenverdichters veranschaulicht;
3 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebes eines Hubkolbenverdichter entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen einer Variierungs-Konstanten der Betriebsfrequenz und der Effizienz eines Kompressors aus 3 veranschaulicht;
5 ist ein Graph, der einen Anstieg/eine Verringerung einer Betriebsfrequenz, entsprechend einer Größe einer Variierungs-Konstanten der Betriebsfrequenz aus 3, veranschaulicht;
6 ist ein Betriebs-Fließschema, das ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Hubkolbenverdichters entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7a – 7d sind Graphen, die ein Verhältnis zwischen einem festgelegten Bereich einer mechanischen Resonanzfrequenz und einem Strom, sowie dem Bereich und einem Strom veranschaulichen.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Hier wird jetzt detailliert Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, wobei entsprechende Beispiele in den begeleitenden Zeichnungen abgebildet sind.
3 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebs eines Hubkolbenverdichters entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie dort gezeigt ist, enthält eine Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebs eines Hubkolbenverdichters entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Strom-Messgerät 80, um damit einen Strom, der einem Kompressor 30 zugeführt wird, zu messen; ein Hub-Messgerät 60, um damit einen am Kompressor erzeugten Hub zu messen; eine Berechnungs-Einheit 70 der mechanischen Resonanzfrequenz, um damit eine mechanische Resonanzfrequenz (P_avg) unter Verwendung eines vom Strom-Messgerät 80 ausgegebenen Stroms und eines vom Hub-Messgerät 60 ausgegebenen Hubs zu berechnen; eine Betriebsfrequenz-Referenzwert-Bestimmungs-Einheit 40, um damit einen Betriebsfrequenz-Referenzwert innerhalb eines bestimmten Bereichs (0 ± δ) der berechneten, mechanischen Resonanzfrequenz zu bestimmen; einen ersten Komparator 10, um damit den Betriebsfrequenz-Referenzwert und eine aktuelle Betriebsfrequenz miteinander zu vergleichen und einen Differenzwert, der dem Ergebnis des Vergleichs entspricht, auszugeben; einen zweiten Komparator 50, um damit den Hub, der von dem Hub-Messgerät 60 ausgegeben wird, und einen Hub-Referenzwert miteinander zu vergleichen, und einen Differenzwert entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs auszugeben; und eine Steuerung 20, um damit eine Betriebsfrequenz des Kompressors entsprechen dem Differenzwert, der vom ersten Komparator 10 ausgegeben wurde, zu variieren, eine an den Kompressor angelegte Spannung entsprechend dem Differenzwert, der vom zweiten Komparator 50 ausgegeben wurde, zu variieren, und dadurch einen Hub zu steuern.
4 ist eine Graph, der die Beziehung zwischen einer mechanischen Resonanzfrequenz und der Effizienz eines Kompressors aus 3 veranschaulicht. 5 ist ein Graph, der einen Anstieg/eine Verringerung einer Betriebsfrequenz entsprechend einer Größe einer mechanischen Resonanzfrequenz aus 3 veranschaulicht.
Hier werden jetzt Vorgänge, entsprechend einem Aufbau einer Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebs des Hubkolbenverdichters, mit Bezug auf die 4 und 5, beschrieben.
Zuerst misst das Strom-Messgerät 80 einen Strom, der dem Kompressor 30 zugeführt wird, und das Hub-Messgerät 60 misst einen Hub, der am Kompressor 30 erzeugt wird. Hier ist mit Kompressor 30 ein Hubkolbenverdichter gemeint, und im Besonderen ein Hubkolbenverdichter vom linearen Typ. Der Hub wird auch mit einem sensorlosen Verfahren gemessen.
Danach wird eine mechanische Resonanzfrequenz (P_avg) berechnet, indem der vom Strom-Messgerät 80 ausgegebene Strom und der vom Hub-Messgerät 60 ausgegebene Hub benutzt werden. Durch Multiplizieren des Stroms mit dem Hub und dem dann folgenden Abschätzen des erhaltenen Wertes für eine Periode, wird die mechanische Resonanzfrequenz (P_avg) erhalten. Wenn die mechanische Resonanzfrequenz nahe bei Null liegt, erhält der Kompressor die maximale Betriebseffizienz, wie in 4 gezeigt wird.
Wie in 5 gezeigt wird, misst die Betriebsfrequenz-Referenzwert-Bestimmungs-Einheit 40 dem entsprechend einen Betriebsfrequenz-Referenzwert, so dass der Kompressor mit einer Betriebsfrequenz betrieben werden kann, welche nahe bei der mechanischen Resonanzfrequenz, die von der Berechnungs-Einheit 70 der mechanischen Resonanzfrequenz ausgegeben wurde, liegt und gibt den Betriebsfrequenz-Referenzwert aus.
Danach vergleicht der erste Komparator 10 den Betriebsfrequenz-Referenzwert und eine aktuelle Betriebsfrequenz miteinander, und gibt einen Differenzwert, entsprechen einem Ergebnis des Vergleichs, aus. Dem entsprechend variiert die Steuerung 20 eine Betriebsfrequenz, die an einen Kompressor angelegt wird, entsprechend dem vom ersten Komparator 10 ausgegebenen Differenzwert.
Der zweite Komparator 50 vergleicht einen Hub-Referenzwert und einen Hub, der vom Hub-Messgerät 60 ausgegeben wird, miteinander, und gibt einen Differenzwert, entsprechend einem Ergebnis des Vergleichs, aus. Dem entsprechend steuert die Steuerung 20 einen Hub, indem sie eine an den Kompressor angelegte Spannung, die dem vom zweiten Komparator 50 ausgegebenen Wert entspricht, variiert.
6 ist ein Betriebs-Fließschema, das ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebes eines Hubkolbenverdichter entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie dort gezeigt wird, werden in einem Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Hubkolbenverdichters entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Strom und ein Hub, die auf den Kompressor ausgeübt werden, bei einer bestimmten Periode gemessen (SP11, SP12).
Danach wird unter Verwendung des gemessenen Stroms und Hubes eine mechanische Resonanzfrequenz (P_avg) berechnet (SP13). Zu diesem Zeitpunkt wir die mechanische Resonanzfrequenz durch die untere Gleichung 3 ausgeführt.
Hier bedeutet X_p einen Pike-Wert des Hubes, I_p einen Pike-Wert des Stroms und θ₁ eine Phasendifferenz von einem Hub und einem Strom.
Bei der Untersuchung der Gleichung 3 zeigt sich, dass für den Fall, dass ein Hub und ein Strom nur eine Grundschwingung enthalten, wenn eine Phasendifferenz zwischen dem Hub und dem Strom 90 Grad beträgt, ein durchschnittlicher Wert von einer Periode eines Wertes, der durch die Multiplikation eines Hubes mit einem Strom erhalten wurde, immer gleich Null ist. Obwohl ein Gleichstrom-Ausgleich und eine harmonische Komponente bei dem Hub und dem Strom enthalten sind, können deren Werte zu diesem Zeitpunkt vernachlässigt werden, da sie nicht groß sind.
Danach bestimmt die Betriebsfrequenz-Referenzwert-Bestimmungs-Einheit 40 einen Betriebsfrequenz-Referenzwert, indem eine aktuelle Betriebsfrequenz verringert/gesteigert wird, damit sie innerhalb eines festgelegten Bereichs der mechanischen Resonazfrequenz liegt. Dann vergleicht der erste Komparator 10 den Betriebsfrequenz-Referenzwert und eine aktuelle Betriebsfrequenz miteinander, und gibt einen Differenzwert, entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs, aus. Die Steuerung 20 variiert eine Betriebsfrequenz des Kompressors entsprechend dem Differenzwert, der vom ersten Komparator 10 ausgegeben wird (SP14 – SP17).
Wie in 5 dargestellt ist, bedeutet der festgelegte Bereich der mechanischen Resonanzfrequenz obere/untere Grenzwerte in einer Fläche, wo eine Frequenz nicht variiert wird. Folglich wird die aktuelle Betriebsfrequenz als ein Betriebsfrequenz-Referenzwert bestimmt, ohne eine Frequenz zu variieren, wenn eine aktuelle Betriebsfrequenz innerhalb des festgelegten Bereichs (0 ± δ) der mechanischen Resonanzfrequenz (P_avg) liegt. Falls eine aktuelle Betriebsfrequenz größer als der festgelegte Bereich (0 + δ) der mechanischen Betriebsfrequenz ist, wird die aktuelle Betriebsfrequenz so weit wie die festgelegte Grenze gesteigert, und die gesteigerte Betriebsfrequenz wird als ein Betriebsfrequenz-Referenzwert bestimmt. Falls eine aktuelle Betriebsfrequenz geringer als der festgelegte Bereich (0 – δ) der mechanischen Betriebsfrequenz ist, wird die aktuelle Betriebsfrequenz so weit wie die festgelegte Grenze verringert, und die verringerte, aktuelle Betriebsfrequenz wird als ein Betriebsfrequenz-Referenzwert bestimmt.
Die 7a – 7d sind Graphen, welche die Beziehungen zwischen einem festgelegten Bereich einer mechanischen Resonanzfrequenz und einem Strom einem Hub zeigen.
Wie in den 7a und 7b gezeigt ist, wird der festgelegt Bereich (0 ± δ) der mechanischen Resonanzfrequenz so eingestellt, dass er proportional zu einer Größe eines Hubes oder der Größe eines Stroms ist, oder, wie es in 7c gezeigt ist, zu einer Größe eines Wertes, der durch die Multiplikation eines Pike-Wertes des Hubes mit einem Pike-Wert des Stromes erhalten wurde, oder zu einer Größe eines Wertes, der durch die Multiplikation eines Effektivwertes des Hubes (X_rms) mit einem Effektivwert des Stroms (I_rms) erhalten wurde, oder, wie es in 7d gezeigt ist, zu einer Größe eines Wertes, der erhalten wurde, indem ein durchschnittlicher Wert von einer Periode (P_avg) eines Wertes, der durch die Multiplikation eines Hubes mit einem Strom erhalten wurde, durch eine Größe eines Wertes, der durch die Multiplikation eines Effektivwertes des Hubes (X_rms) mit einem Effektivwert des Stroms (I_rms) erhalten wurde, geteilt wird.
Als eine andere Ausführungsform eines Hubkolbenverdichters, der eine mechanische Resonanzfrequenz entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet, wird ein TDC (oberer Todpunkt) -Messgerät bereit gestellt, um damit einen oberen Grenzpunkt einer Bewegung eines Kolbens in einem Zylinder zu messen, oder um damit eine Position zu ermitteln, bei welcher ein Volumen eines Zylinders die minimale Größe hat. Falls ein Kompressor an einer Stelle gesteuert wird, wo ein TDC eines Kolbens gleich Null ist, kann somit eine qualitative Steuerung (Steuerung, die Eigenschaften eines Kompressors verwendet), ohne Bezug zu einer Veränderung einer Belastung, ausgeführt werden.
Das bedeutet, dass in dem Hubkolbenverdichter, der eine mechanische Resonanzfrequenz verwendet, eine Steuerungs-Einheit einen aktuellen TDC und einen TDC-Referenzwert miteinander vergleicht, und dann die TDC-Rückkopplung des Kolbens steuert, indem eine Spannung, entsprechen dem Ergebnis des Vergleichs, an den Kompressor angelegt wird. Da eine akkurate TDC-Steuerung entsprechend einer Vielfalt einer Belastung verrichtet werden kann, werden folglich Abrieb und Zusammenstöße eines Kolbens, verursacht durch eine Veränderung eines TDC, sowie eine Verringerung der Gefrierkapazität eines Kompressors während seines Betriebes verhindert, und dadurch kann die Betriebs-Effizienz des Kompressors verbessert werden.
So weit es in der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, wird der durchschnittliche Wert von einer Periode eines Wertes, der durch die Multiplikation eines Hubes mit einem Strom erhalten wurde, als eine mechanische Resonanzfrequenz bestimmt wird, immer wenn eine Belastung variiert wird, und eine Betriebsfrequenz, deren durchschnittlicher Wert nahe bei Null liegt, wird als Betriebsfrequenz-Referenzwert bestimmt, so dass die Hub-Rückkopplung oder die TDC-Rückkopplung genauer gesteuert werden kann. Folglich wird eine Betriebs-Effizienz des Kompressors verbessert.
Da die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt werden kann, ohne dabei von ihrem Sinn oder ihren essentiellen Eigenschaften abzuweichen, sollte klar sein, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen nicht durch irgendeines der Details aus der vorausgegangenen Beschreibung eingeschränkt werden, außer wenn dies anderweitig spezifiziert wird, sondern ehr großzügig innerhalb ihres Sinnes und Umfangs, wie es in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, aufgefasst werden sollten, und darum sind alle Veränderungen und Modifikationen, welche innerhalb der Bemessungen und Grenzen der Ansprüche, oder Äquivalente dieser Bemessungen und Grenzen, liegen, dazu gedacht, in den beigefügten Ansprüchen eingeschlossen zu sein.

Claims

Eine Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebes eines Hubkolbenverdichters, die Folgendes umfasst: eine Berechnungs-Einheit der mechanischen Resonanzfrequenz, um damit eine mechanische Resonanzfrequenz, unter Verwendung eines Stroms und eines Hubs, die auf einen Kompressor einwirken, zu berechnen; eine Betriebsfrequenz-Referenzwert-Bestimmungs-Einheit, um damit einen Betriebsfrequenz-Referenzwert innerhalb eines festgelegten Bereichs der berechneten, mechanischen Resonanzfrequenz zu bestimmen; und eine Steuerung, um damit die bestimmte Betriebsfrequenz und eine aktuelle Betriebsfrequenz miteinander zu vergleichen, und dann eine Betriebsfrequenz des Kompressors, entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs, variabel zu steuern.
Die Vorrichtung aus Anspruch 1, die des Weiteren Folgendes umfasst: ein Strom-Messgerät, um damit einen dem Kompressor zugeführten Strom zu messen; ein Hub-Messgerät, um damit einen vom Kompressor erzeugten Hub zu messen; und einen ersten Komparator, um damit den Betriebsfrequenz-Referenzwert und eine aktuelle Betriebsfrequenz miteinander zu vergleichen, und einen Differenzwert, der dem Ergebnis des Vergleichs entspricht, auszugeben.
Die Vorrichtung aus Anspruch 2, die des Weiteren einen zweiten Komparator umfasst, um damit einen vom Hub-Messgerät ausgegebenen Hub und einen Hub-Referenzwert miteinander zu vergleichen.
Die Vorrichtung aus Anspruch 2, worin die Steuerung einen Hub, der vom Hub-Messgerät ausgegebenen wird, und einen Hub-Referenzwert miteinander vergleicht, eine an den Kompressor angelegte Spannung, entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs variiert, und dann einen Hub steuert.
Die Vorrichtung aus Anspruch 1, worin der Kompressor ein Hubkolbenverdichter vom linearen Typ ist.
Die Vorrichtung aus Anspruch 1, die des Weiteren ein TDC-Messgerät umfasst, um damit einen oberen Grenzpunkt einer Kolbenbewegung in einem Zylinder des Kompressors zu messen, oder eine Position, an welcher das Volumen des Zylinders eine minimale Größe hat.
Die Vorrichtung aus Anspruch 6, worin die Steuerung einen aktuellen TDC, der vom TDC-Messgerät ausgegeben wird, und einen TDC-Referenzwert miteinander vergleicht, und durch das Anlegen einer Spannung an den Kompressor, entsprechen dem Ergebnis des Vergleichs, die TDC-Rückklopplung eines Kolbens steuert.
Die Vorrichtung aus Anspruch 1, worin die Berechnungs-Einheit der mechanischen Resonanzfrequenz einen Hub und einen Strom miteinander multipliziert, entsprechend einem Belastungszustand des Kompressors, und eine Frequenz für eine Betriebsfrequenz berechnet, deren durchschnittlicher Wert von einer Periode des durch die besagte Multiplikation erhaltenen Wertes gleich Null ist.
Die Vorrichtung aus Anspruch 1, worin die Betriebsfrequenz-Referenzwert-Bestimmungs-Einheit eine aktuelle Betriebsfrequenz als einen Betriebsfrequenz-Referenzwert bestimmt, ohne dabei eine Frequenz zu variieren, falls eine Größe der Betriebsfrequenz innerhalb eines festgelegten Bereichs der mechanischen Resonanzfrequenz liegt.
Die Vorrichtung aus Anspruch 1, worin die Betriebsfrequenz-Referenzwert-Bestimmungs-Einheit eine aktuelle Betriebsfrequenz bis zu einer festgelegten Grenze steigert, falls eine Größe der Betriebsfrequenz größer als der festgelegte Bereich der mechanischen Resonanzfrequenz ist, und die gesteigerte Betriebsfrequenz als einen Betriebsfrequenz-Referenzwert bestimmt.
Die Vorrichtung aus Anspruch 1, worin die Betriebsfrequenz-Referenzwert-Bestimmungs-Einheit eine aktuelle Betriebsfrequenz bis zu einer festgelegten Grenze verringert, falls eine Größe der Betriebsfrequenz geringer als der festgelegte Bereich der mechanischen Resonanzfrequenz ist.
Die Vorrichtung aus Anspruch 1, worin der festgelegte Bereich der mechanischen Resonanzfrequenz so eingestellt wird, dass er proportional ist, zu einer Größe eines Hubes, einer Größe eines Stroms, einer Größe eines Wertes, der erhalten wird, indem ein Pike-Wert des Hubes und ein Pike-Wert des Stromes miteinander multipliziert werden, einer Größe eines Wertes, der erhalten wird, indem ein Effektivwert des Hubes (X_rms) und eine Effektivwert des Stroms (I_rms) miteinander multipliziert werden, oder einer Größe eines Wertes, der erhalten wird, indem ein durchschnittlicher Wert (P_avg) von einer Periode eines Wertes, der erhalten wird, indem ein Hub und ein Strom miteinander multipliziert werden, durch einen Wert geteilt wird, welcher erhalten wird, indem ein Effektivwert des Hubes (X_rms) und ein Effektivwert des Stroms (I_rms) miteinander multipliziert werden.
Ein Verfahren zu Steuerung eines Betriebes eines Hubkolbenverdichters, welches Folgendes umfasst: Messen eines Stroms, der dem Kompressor zugeführt wird, und eines Hubes bei einer bestimmten Periode; Berechnen einer mechanischen Resonanzfrequenz, unter Verwendung des gemessenen Stroms und Hubes; Bestimmen eines Betriebsfrequenz-Referenzwertes durch Verringern/Steigern einer aktuellen Betriebsfrequenz, so dass sie innerhalb eines festgelegten Bereichs der berechneten, mechanischen Resonanzfrequenz liegt, und dann Antreiben eines Kompressors mit dem Betriebsfrequenz-Referenzwert.
Ein Verfahren aus Anspruch 13, welches des Weiteren Folgendes umfasst: Vergleichen des gemessenen Hubes mit einem Hub-Referenzwert, und Variieren einer an den Kompressor angelegten Spannung, entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs, wodurch eine Hub-Rückkopplung gesteuert wird, oder Vergleichen eines aktuellen TDC, der vom Kompressor gemessen wird, und eines TDC-Referenzwertes, und Variieren einer an den Kompressor angelegten Spannung, entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs, wodurch eine TDC-Rückkopplung eines Kolben gesteuert wird.
Das Verfahren aus Anspruch 13, worin die mechanische Resonanzfrequenz eine Frequenz ist, deren durchschnittlicher Wert von einer Periode eines Wertes, der durch Multiplizieren eines Hubes mit einem Strom, entsprechend einem Belastungszustand des Kompressors, erhalten wird, gleich Null ist.
Das Verfahren aus Anspruch 15, worin die mechanische Resonanzfrequenz durch eine Gleichung, die hier unten steht, ausgeführt wird
Hier ist P_avg eine mechanische Resonanzfrequenz, X_p ein Pike-Wert des Hubes, I_p ein Pike-Wert des Stroms und θ₁ eine Phasendifferenz von einem Hub und einem Strom.
Ein Verfahren aus Anspruch 13, worin der besagte Antrieb des Kompressors mit dem Betriebsfrequenz-Referenzwert Folgendes umfasst: Bestimmen einer aktuellen Betriebsfrequenz als einem Betriebsfrequenz-Referenzwert, ohne dabei eine Frequenz zu variieren, falls eine aktuelle Betriebsfrequenz innerhalb eines festgelegten Bereichs der mechanischen Resonanzfrequenz liegt; Steigern einer aktuellen Betriebsfrequenz, bis zu einer festgelegten Grenze, falls eine aktuelle Betriebsfrequenz größer als ein festgelegter Bereich der mechanischen Resonanzfrequenz ist, und dann Bestimmen der gesteigerten Betriebsfrequenz als einen Betriebsfrequenz-Referenzwert; und Verringern einer aktuellen Betriebsfrequenz, bis zu einer festgelegten Grenze, falls eine aktuelle Betriebsfrequenz geringer als ein festgelegter Bereich der mechanischen Resonanzfrequenz ist, und dann Bestimmen der verringerten Betriebsfrequenz als einen Betriebsfrequenz-Referenzwert.
Das Verfahren aus Anspruch 13, worin der festgelegte Bereich der mechanischen Resonanzfrequenz so eingestellt wird, dass er proportional zu einer Größe eines Hubes oder einer Größe eines Stroms ist.
Das Verfahren aus Anspruch 13, worin der festgelegte Bereich der mechanischen Resonanzfrequenz so eingestellt wird, dass er proportional ist, zu einer Größe eines Wertes, der durch die Multiplikation eines Pike-Wertes des Hubes und eines Pike-Wertes des Stromes miteinander erhalten wird, oder zu einer Größe eines Wertes, der durch die Multiplikation eines Effektivwertes des Hubes (Hub rms) und eines Effektivwertes des Stroms (Strom rms) miteinander erhalten wird.
Das Verfahren aus Anspruch 13, worin der festgelegte Bereich der mechanischen Resonanzfrequenz so eingestellt wird, dass er proportional ist, zu einer Größe eines Wertes, der erhalten wird, indem ein durchschnittlicher Wertes (P_avg) von einer Periode eines Wertes, der durch Multiplizieren eines Hubes und eines Stroms miteinander erhalten wurde, durch einen Wert, der durch Multiplizieren eines Effektivwertes des Hubes (X_rms) und eines Effektivwertes des Stroms (I_rms) miteinander erhalten wurde, geteilt wird.