DK174114B1 - Fremgangsmåde til hastighedsregulering af en kompressor samt styring, der gør brug af fremgangsmåden - Google Patents

Description

! DK 174114 B1

Fremgangsmåde til hastighedsregulering af en kompressor samt styring, der gør brug af fremgangsmåden 5 Opfindelsen omhandler en fremgangsmåde til at hastighedsregulere en kompressor, særligt en kølekompressor, samt en styring, der gør brug af denne fremgangsmåde. Hastighedsreguleringen sker ved at en styreindretning varierer en elektromotors omdrejningstal i afhængighed af enkle ON/OFF signaler fra en termostat placeret i de omgivelser, 10 der skal køles.

Opgaven, der ligger til grund for ansøgningen, er at udvikle en styremetode og en styring til en kompressor med variabel hastighed, der er enkel sammenlignet med kendt teknik, og som kan 15 indbygges i bestående konstruktioner, fx køleskabe der hidtil har kørt med fast hastighed men som ved serviceteknikerens indgriben hurtigt kan ændres til at køre med variabel hastighed. Det er kendt at regulere hastigheden på kompressorer i afhængighed af trykforholdene i kølesystemet eller i afhængighed af elektroniske 20 temperatursignaler, men fælles for disse løsninger er, at der kræves relativt dyre tryk- og temperaturmålere, og kun sjældent er disse løsninger udskiftelige med bestående løsninger.

Fra US 4,718,247 kendes en hastighedsreguleret kølekompressor.

25 Ved kortvarige varmeindfald i kølerummet trigges kompressoren på uønsket vis til at øge omdrejningstallet. For at undgå disse hurtige uønskede ændringer i omdrejningstallet beskriver US 4,718,247 anvendelsen af en køretids-tærskelværdi. Først når kompressorens køretid overstiger tærskelværdien øges 30 kompressorens omdrejningstal.

I US 5,410,230 beskrives en kompressorstyring med en ON/OFF termostat, der regulerer motorens hastighed ud fra dutycyclen på køretiden. Termostatens ON og OFF tider måles, og dutycyclen 35 beregnes. Hvis dutycyclen er mindre end en forudbestemt værdi reduceres starthastigheden i den næste cyclus, er dutycyclen større øges starthastigheden. Når termostaten er sluttet og kompressoren kører, rampes motoren op i hastighed under ON- 2 DK 174114 B1 perioden, og tilsvarende rampes motoren ned i hastighed under termostatens OFF-periode.

Den i US 5,410,230 beskrevne styring er udviklet med henblik på at spare en styrekomponent såsom en 5 temperaturregulerende mikroprocessor bort, og i stedet for at lade en fordyrende komponent som en mikroprocessor måle og behandle et temperatursignal fra en elektronisk termostat anvendes i US 5,410,230 en billigere løsning med en ON/OFF termostat. Den beskrevne styremetode er dog relativt kompliceret, 10 idet der foretages målinger af både ON og OFF tid ligesom der foretages mindst tre hastighedsberegninger under en ON/OFF cyklus, nemlig en første beregning af starthastigheden, derefter en anden løbende beregning af hastigheden i ON perioden og en tredie beregning af hastigheden i OFF perioden. Derudover 15 bevirker den beskrevne metode med hastighedsregulering under både ON og OFF perioden et relativt stort energiforbrug.

Det er derfor et af formålene at udvikle en styremetode og en styring til en kompressor, der giver et mindre energiforbrug end 20 kendt fra teknikkens stade.

Et andet formål med opfindelsen er at lave en styremetode og en styring til en kompressor, der direkte kan indbygges i forhåndenværende konstruktioner, hvorved bestående elementer som 25 en ON/OFF termostat anvendes til at styre kompressorens hastighed.

Dette gøres ifølge opfindelsens krav 1 ved at lade den konventionelle ON/OFF termostat, som i stort tal allerede 30 sidder i køleskabene, styre kompressorens hastighed således, at starthastigheden i en ON periode er formindsket i forhold til sluthastigheden i en foregående ON periode, idet en styreindretning subtraherer en forudbestemt hastighed fra sluthastigheden i den foregående ON periode, hvorefter 35 resultatet af denne beregning er starthastigheden for kompressor-motoren i den efterfølgende ON periode, gennem hvilken hastigheden enten øges eller holdes konstant.

3 DK 174114 B1

Ved at bruge denne styremetode er det muligt at opnå en adaptiv styring, der automatisk lader motoren køre med netop den hastighed, der er nødvendig, så kølekompressoren opnår et gennemsnitligt lavt omdrejningstal med lange køreperioder, der 5 giver lavt energiforbrug. Køreperioden er bestemt af størrelsen på fradraget samt den tid det tager at øge motorens hastighed.

Opfindelsens krav 2 beskriver i et første udførelseseksempel, hvordan hastigheden i en aktuel ON periode måles og af 10 styreindretningen sammenlignes med den lagrede sluthastighed fra foregående ON periode. Hvis den aktuelt målte hastighed er større end den lagrede kan resultatet af sammenligningen være, at hastigheden øges hurtigere end hidtil.

15 For at sikre, at motorens gennemsnitlige omdrejningstal er -faldende foreslås i krav 3 at reducere starthastigheden for den efterfølgende ON periode med en fast størrelse. Det er muligt at gøre størrelsen, der skal subtraheres variabel, fx fastsætte den i afhængighed af ON periodens varighed, men en særlig simpel 20 løsning opnås ved at holde subtrahenden konstant fra ON periode til ON periode. Dette medfører, at hvis termostaten i den aktuelle ON periode kobler ud før den registrerede sluthastighed i den foregående ON periode nås, vil starthastigheden i den efterfølgende ON periode være mindre end starthastigheden i den 25 aktuelle ON periode. Hvis termostaten derimod kobler ud efter at den aktuelle hastighed har overskredet den registrerede sluthastighed fra den foregående ON periode, vil starthastigheden for den efterfølgende ON periode være højere end starthastigheden for den aktuelle ON periode.

30

Krav 4 og 5 beskriver, hvorledes et pludseligt opstået kølebehov kan dækkes ved at sætte kompressor-motorens hastighed til maksimum når en grænseværdi overskrides. Denne grænseværdi kan enten være en køretid eller en hastighedsændring.

Et andet udførelseseksempel ifølge opfindelsen beskrives i anmeldelsens krav 6 og 7, hvor der udover det faste 35 4 DK 174114 B1 hastighedsfradrag er indført en første tid ti og en anden tid t2, på hvilke styreindretningen ændrer kompressor-motorens hastighed.

Krav 8 beskriver en variabel hastighedsstyring, der gør brug af 5 fremgangsmåden beskrevet i krav 1. Den variable hastighedsstyring er kendetegnet ved, at en styreindretning subtraherer en forudbestemt hastighed fra sluthastigheden i en foregående ON periode og lader resultatet af denne subtraktion være starthastigheden i en efterfølgende ON periode, gennem hvilken 10 hastigheden enten øges eller holdes konstant.

I krav 9 og 10 beskrives en styremetode, hvor ON-tiden måles og sammenlignes med to tider, ti og t2, og hvor styreindretningen sænker motorens hastighed i en efterfølgende ON periode, hvis 15 termostaten bryder før en første tid ti, bibeholder motorens hastighed hvis termostaten bryder efter den første tid ti, men før en anden tid t2, men øger motorens hastighed hvis termostaten ikke har brudt til tiden t2.

20

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor understøttet af følgende figurer:

Figur 1 viser en principskitse over en styring til en kompressor 25 Figur 2 viser et hastigheds-tid diagram for et første udførelseseksempel

Figur 3 viser et hastigheds-tid diagram for et andet udførelseseksempel

Figur 4 viser et hastigheds-tid diagram for et tredie eksempel 30

Styringen vist i figur 1 er med fordel monteret på selve kompressorenheden 8. Da styring og kompressorenhed således er sammenbygget, kan udskiftning af en fast-hastigheds-kompressorer 35 med en elektronisk styret variabel-hastigheds-kompressor nemt foretages.

5 DK 174114 B1 I et rum 1 der skal køles, sidder en termostat 2, som bryder eller slutter termostat-kontaktsættet 3 i afhængighed af temperaturen i rummet. Termostaten 2 er indsat i serie med netledningen. Styringens effektdel består af delene 4, 5 og 6. En 5 ensretter 4 omformer nettets vekselspænding til en jævnspænding, der tilføres mellemkredsen 5 indeholdende en mellemkredskondensator 7. Inverterdelen 6 omformer på kendt vis jævnspændingen via puls amplitude modulation til en vekselspænding, der tilføres motor-kompressor enheden 8, som 10 består af en elektromotor 9 og en kompressor 10. Kompressoren cirkulerer kølemiddel gennem en kondensator og en fordamper i et ikke vist kølekredsløb med det formål at regulere temperaturen i rummet 1. En styreindretning 11 regulerer og overvåger styringen af motor-kompressorenheden. Via forbindelsen 17 bliver 15 ensretteren styret, så mellemkredsspændingen kan variere i amplitude. Inverteren 6 drives over forbindelsen 18, der på kendt vis består af seks ledninger som er tilkoblet switchene i inverteren. På de tre motorledninger måles den mod-emk, der dannes i hver fase, når motorens permanent-magnetiske rotor 20 roterer. Mod-emk signalerne sendes via ledningerne 14,15 og 16 til styreindretningen, og bruges til at afgøre kommuteringstidspunkterne.

En temperatursensor 13 er placeret på inverterens køleplade, og signalet ledes via ledning 20 til styreindretningen, der kobber 25 motoren ud ved en temperatur på 100 grader Celsius. I

mellemkredsens minusledning er indskudt en strømmålemodstand 12. Styreindretningen måler via ledning 19 strømmens størrelse, og kobler i tilfælde af for stor strøm motoren fra. Via omformeren 23 forsynes styreindretningen 11 med energi hentet fra lysnettet 30 over ledningerne 21 og 22. Omskifteren 24 har en første stilling, hvor styringen er selvregulerende (AEO), og en anden stilling, som muliggør ekstern styring af omdrejningstallet via et frekvenssignal.

35 I det følgende forudsættes, at styringen via kontakt 24 er sat i Automatic Energy Optimisation (AEO) modus. Styringen virker nu som følger, idet der beskrives et første udførelseseksempel.

6 DK 174114 B1

Termostaten 2 er af en bruger indstillet til en ønsket temperatur.

Ved behov for køling slutter termostat-kontakten 3. Slutning og brydning af termostaten detekteres af styreindretningen 11 ved at overvåge spændingen på netledningerne 25 og 26. Styreindretningen 5 lader nu i første ON-periode motoren starte med 2600 o/min, hvilket er i den nedre del af arbejdsområdet 2000 - 3500 o/min. Hastigheden gennem ON perioden øges løbende, enten kontinuerligt eller i step som vist på figur 2, indtil termostaten slår fra. Kompressoren har i perioden PI nået en sluthastighed på 2900 o/min. Når termostaten 10 slår fra (OFF), er systemet i ro indtil termostaten slår til igen (ON) . I næste periode P2 starter kompressoren med en hastighed, der er lavere end sluthastigheden fra den foregående periode, idet der fra sluthastigheden er fratrukket en hastighed på eksempelvist 400 o/min. Med en starthastighed på 2500 o/min rampes kompressoren op i 15 resten af ON perioden, hvor hastigheden øges med 15 omdrejninger i minuttet (på figur 2 er steppene vist større for at tydeliggøre sagen). Hastigheden øges indtil termostaten slår fra eller indtil den maksimale hastighed på 3500 o/rain er nået, hvilket vil ske efter knap 67 minutters kørsel. Herefter holdes hastigheden fast på 20 3500 o/min. Hvis der under ON perioden overskrides en grænseværdi, fx hvis hastighedsændringen gennem ON perioden er mere end 800 o/min, uden at termostaten slår fra, sættes kompressor-motoren til maksimal hastighed. Herved tages der højde for et pludseligt opstået stort kølebehov. Sluthastigheden i periode P2 er 2800 25 o/min, så starthastigheden i den næste periode P3 er på 2400 o/min.

Figur 2 viser den situation, hvor kølebehovet er faldende, dvs. hvor både sluthastighed og starthastighed er mindre sammenlignet med den foregående ON periode. Styringen finder automatisk et arbejdspunkt med gennemsnitlig lav hastighed og lavt energiforbrug.

30

Hastighedsrampen er her beskrevet som en trin-rampe, men andre rampeprofiler er tænkelige. Fx kan den aktuelt målte hastighed under ON perioden sammenlignes med sluthastigheden fra den foregående periode, idet det antages, at denne hastighed er 35 lagret i en hukommelse. Hvis den aktuelt målte hastighed overstiger sluthastigheden fra den foregående kan rampens hældning i den aktuelle ON periode øges. På grundlag af en sammenligning mellem den lagrede hastighed og den aktuelt målte 7 DK 174114 B1 kan der således træffes beslutning om, hvad starthastigheden for den følgende ON periode skal være og hvordan hastighedsprofilen for den aktuelle eller den følgende periode skal se ud.

5 I et andet udførelseseksempel vist i figur 3 fradrages ligeledes en fast hastighed ved begyndelsen af hver ON periode. Figur 3 viser det hastigheds-referencesignal, der via forbindelsen 17 (figur 1) går til ensretteren, som regulerer 10 mellemkredsspændingen til det ønskede niveau. I forhold til første udførelseseksempel er der i ON perioden indført tærskelværdier i form af to tider ti og t2, som kan være faste eller proportionale med sidste OFF periodes længde. Længden af den seneste OFF periode indeholder information om tidskonstanten 15 i kølesystemet, og tiderne ti og t2 kan derfor udtrykkes ved et antal OFF perioder.

Fra den senest genererede hastighedsreference, dv9. sluthastigheden i den foregående ON periode, fratrækkes en 20 hastighed, hvorefter kompressoren køres med en første hastighed.

I styreindretningen 11 løber en tæller, som tæller op mod en første tid ti. Tiderne er lagret i en hukommelse i styreindretningen. Hvis termostaten ikke har brudt til tiden ti øges hastigheden med et bidrag. Hvis termostaten stadig ikke har 25 brudt efter tiden t2 øges hastigheden yderligere, og dette kan ske trinvist gennem den resterende on-periode eller med et enkelt hastighedstrin, hvorefter der holdes konstant hastighed on-perioden ud. I periode P2 er hastigheden atter sænket med en størrelse, og det ses, at termostaten bryder før tiden ti, 30 hvilket betyder, at kølebehovet er faldende. I periode P3 er starthastigheden i overensstemmelse med opfindelsen sænket i forhold til sluthastigheden i P2.

Ved for hver ON periode at sænke starthastigheden opnås, at kompressoren har lange køreperioder med et 35 omdrejningstal, der i gennemsnit er væsentligt lavere end konventionelt ON/OFF drevne kompressorer med energibesparelse til følge.

0 DK 174114 B1

O

Figur 4 illustrerer en lignende styrestrategi som udførelseseksempel 2, idet der også her anvendes to tærskelværdier ti og t2. Styreindretningen sænker motorens 5 hastighed, hvis termostaten bryder før den første tid ti, men øger kompressorens hastighed hvis termostaten bryder efter tiden t2. Afbryder termostaten derimod mellem tiderne ti og t2 er hastigheden uændret. I periode Pi er kompressoren netop startet, og har derfor en køretid, der overskrider den øvre tid t2. Det 10 betyder, at hastigheden øges fra starten af næste periode P2.

Hastigheden kan som vist i figuren øges med ét bidrag fra starten af cyclen, hvorefter hastigheden gennem on-perioden holdes konstant, eller hastigheden kan øges trinvist gennem hele on-perioden. I periode P2 bryder termostaten først efter tiden ti, 15 hvorfor hastigheden i den efterfølgende ON periode er uforandret.

I perioden P3 bryder termostaten før tiden ti, og indikerer dermed formindsket kølebehov, og derfor sænkes hastigheden i P4 med en størrelse, som kan være på 400 o/min. Som vist sker ændringen af hastigheden først i den efterfølgende ON periode, 20 men ændringerne kan naturligvis også foretages i den aktuelle ON periode som vist i udførelseseksempel 2.

25 30 35

Claims (10)

5

1. Fremgangsmåde til styring af hastigheden på motoren (9) i en kompressor (10) med en elektronisk styreindretning (11), der i afhængighed af temperaturen i et rum (1), der skal køles, modtager et signal fra en termostat (2) med tilstandene ON eller OFF 10 kendetegnet ved at starthastigheden i en ON periode (P2, fig.2 og fig.3) er formindsket i forhold til sluthastigheden i den foregående ON periode (PI) ved at lade styreindretningen fratrække en forudbestemt hastighed fra sluthastigheden i den foregående ON 15 periode og derefter lade resultatet af denne beregning være starthastigheden i den følgende ON periode (P2, Fig.2 og Fig.3), gennem hvilken hastigheden enten øges eller holdes konstant.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved at styreindretningen (11) lagrer sluthastigheden fra den foregående ON periode (PI) i en hukommelse og måler kompressorens hastighed under en aktuel ON periode (P2) og ud fra en sammenligning af disse to hastigheder afgør, hvad hastigheden i den aktuelle eller 25 den efterfølgende ON periode (P3) skal være.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved at den forudbestemte hastighed som subtraheres har en konstant værdi, så 30 starthastigheden i den følgende ON periode (P2) er lavere end starthastigheden i den foregående ON periode (PI) når termostaten (2) slår fra (OFF) før kompressorens aktuelle hastighed er lig sluthastigheden i den foregående ON periode. 35

10 DK 174114 B1

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1 kendetegnet ved at hastigheden under en ON periode (PI, fig.2) sættes til maksimal hastighed, 5 hvis den samlede hastighedsændring under denne ON periode overskrider en fastsat grænseværdi.

5. Fremgangsmåde ifølge krav l kendetegnet ved at hastigheden under en ON periode (PI, fig.3) sættes til maksimal hastighed, 10 hvis den samlede køretid overskrider en fastsat grænseværdi.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1 kendetegnet ved at hastigheden øges til en første tid ti og derefter igen til en anden tid t2.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6 kendetegnet ved at starthastigheden holdes konstant på en første hastighed frem til tiden ti (PI, fig.3), og efter additionen af et hastighedsbidrag holdes på en konstant anden hastighed frem til tiden t2, hvorefter hastigheden øges efter en rampe. 20

8. Variabel hastighedsstyring til at regulere motorens (9) hastighed i en kølekompressor (8,10), hvor den variable hastighedsstyring udføres af en elektronisk styreindretning (11), der modtager et temperatursignal fra en termostat (2) placeret i 25 et rum (1) der skal køles, og hvor termostaten har tilstandene ON eller OFF kendetegnet ved at styreindretningen sænker motorens starthastighed i en ON periode (P2, fig.2) i forhold til sluthastigheden i den foregående 30 ON periode (PI) ved at subtrahere en forudbestemt hastighed fra sluthastigheden i den foregående ON periode, og derefter lade resultatet af denne beregning være starthastigheden i den følgende ON periode (P2, Fig.2), gennem hvilken hastigheden enten øges eller holdes konstant. 35 n DK 174114 B1

9. Fremgangsmåde til styring af hastigheden på motoren (9) i en kompressor (8,10) med en elektronisk styreindretning (11), der modtager et temperatursignal fra en termostat (2) med tilstandene ON eller OFF og hvor den af styreindretningen bestemte hastighed 5 er en funktion af ON og/eller OFF periodens længde kendetegnet ved at styreindretningen sænker motorens hastighed i den efterfølgende ON periode, hvis termostaten bryder før en første tid ti (P3, fig.4), at motorens hastighed bibeholdes hvis termostaten bryder 10 efter den første tid ti, men før en anden tid t2 (P2) og at motorens hastighed øges, hvis termostaten ikke har brudt til tiden t2 (Pi) .

9 DK 174114 B1

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9 kendetegnet ved at motorens ' hastighed holdes konstant i den aktuelle ON periode og at ændringen af motorens hastighed sker i den efterfølgende ON periode. 20 25 30 35