CN100588840C - 控制往复式压缩机运行的装置和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种控制往复式压缩机运行的装置和方法。控制往复式压缩机运行的装置包括：电流相位延迟值产生单元，通过利用当前冲程和检测到的电流来计算电流相位延迟值，并输出计算出的电流相位延迟值；以及参考电流产生单元，根据电流相位延迟值，基于当前冲程与冲程参考值之间的差来延迟参考电流。估计电流与脉冲宽度调制(PWM)电压之间的相位差，计算用于补偿所估计的相位差的相位延迟值，然后将参考电流延迟与计算出的相位延迟值一样长的一段时间，由此消除电流失真现象。因此，可以提高压缩机的运行效率，并且可以改善控制TDC的精确度。

Description

控制往复式压缩机运行的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种压缩机，更具体地，涉及一种控制往复式压缩机运行的装置和方法。

背景技术

通常，往复式压缩机通过在所设置的气缸中往复地和线性地移动活塞来吸入、压缩和释放制冷气体。

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，曲柄轴连接至旋转电动机，而活塞连接至曲柄轴，以将旋转电动机的旋转力改变为往复式运动。

在使用线性方法的压缩机中，线性地移动与线性电动机致动器相连接的活塞。

使用线性方法的往复式压缩机没有这种用于将旋转运动改变为线性运动的曲柄轴，不会因曲柄轴而产生摩擦损耗，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电冰箱或者空调，通过改变往复式压缩机的压缩率来控制电冰箱或者空调的制冷量，其中，往复式压缩机的压缩率可通过改变输入到往复式压缩机电动机的电压来改变。

因此，当往复式压缩机用于电冰箱或者空调时，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率，从而控制制冷量。这里，冲程指活塞上止点和下止点之间的距离。

下面参照图1来描述根据现有技术的往复式压缩机。

图1是示出控制往复式压缩机运行的装置的示意性结构框图。

如图1所示，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，用于检测提供给往复式压缩机6的电动机(未示出)的电流；电压检测单元3，用于检测提供给所述电动机的电压；冲程计算单元5，用于基于检测到的电流和电压值以及电动机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与预设冲程参考值，并根据比较结果输出差值；以及冲程控制单元2，用于根据差值，通过改变提供给电动机的电压来控制压缩机6的运行(冲程)，其中，通过控制与电动机并联的三端双向可控硅开关元件(triac)(未示出)的导通周期来改变提供给电动机的电压。

下面参照图1来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检测提供给压缩机6的电动机(未示出)的电流，并将检测到的电流值输出到冲程计算单元5。

此时，电压检测单元3检测提供给电动机的电压，并将检测到的电压值输出到冲程计算单元5。

冲程计算单元5通过将检测到的电流和电压值以及电动机参数代入到如下所示的方程式(1)来计算压缩机的冲程估计值(X)，并将计算出的冲程估计值(X)提供给比较单元1：

$X=\frac{1}{\mathrm{\α}}\∫(V_M-\mathrm{Ri}-L\stackrel{\‾}{i})\mathrm{dt}---\left(1\right)$

其中“R”是电动机的电阻值，“L”是电动机的电感值，α是电动机常数，V_M是提供给电动机的电压值，“i”是提供给电动机的电流值，以及i是提供给电动机的电流对时间的变化率，也就是说，i是“i”的微分值(di/dt)。

之后，比较单元1比较冲程估计值与冲程参考值，并根据比较结果将差值提供给冲程控制单元2。

冲程控制单元2基于差值，通过改变提供给压缩机6的电动机的电压来控制压缩机6的冲程。

下面参照图2来描述该运行。

图2是示出根据现有技术控制往复式压缩机运行的方法的过程的流程图。

首先，当通过冲程计算单元5将冲程估计值提供给比较单元1时(步骤S1)，比较单元1比较冲程估计值与预设冲程参考值(步骤S2)，并根据比较结果将差值输出到冲程控制单元2。

当冲程估计值比冲程参考值小时，冲程控制单元2增加提供给电动机的电压以控制压缩机的冲程(步骤S3)，而当冲程估计值比冲程参考值大时，冲程控制单元2减少提供给电动机的电压(步骤S4)。

当提供给电动机的电压增加或者减少时，与电动机电连接的三端双向可控硅开关元件(未示出)控制导通周期，并将电压提供给电动机。

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，而不减少活塞的冲程和防止制冷量的下降。相反地，当负载小时，冲程参考值减少，而不增加活塞的冲程和防止制冷量的增加以及由于过长的冲程(过度冲程)产生活塞与气缸的冲撞。

在根据现有技术的另一实施例的用于控制往复式压缩机运行的装置中，通过利用变频器(inverter)来改变提供给往复式压缩机的电压，从而控制往复式压缩机的冲程。

在通过利用变频器控制往复式压缩机运行的装置中，将用于控制变频器的切换的PWM(脉冲宽度调制)电压设置为与参考电流相位相同的正弦波函数。

即，产生PWM电压，该电压通过用一定的增益乘以参考电流与在往复式压缩机中流过的实际电流之间的差来获得。

但是，流过往复式压缩机的电流与PWM电压具有相位差，因此不能以精确的正弦波形来控制电流。

因此，现有技术的利用变频器的往复式压缩机具有以下问题。即，电流失真从而产生电流谐波损失，降低运行效率。

另外，电流失真现象导致在测量电流与冲程之间的相位差时的误差，因此不能精确地控制冲程。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种控制往复式压缩机运行的装置和方法，其中，估计流过使用变频器的往复式压缩机的电流与PWM电压之间的相位差，计算用于补偿所估计的相位差的相位延迟值，并将参考电流延迟与计算出的相位延迟值一样长的一段时间，由此消除电流失真现象。

为了获得这些和其他优点并根据本发明的目的，如在此具体实施和广泛描述的，提供一种控制往复式压缩机运行的装置，包括：电流相位延迟值产生单元，通过利用当前冲程和检测到的电流来计算电流相位延迟值，并输出计算出的所述电流相位延迟值；以及参考电流产生单元，根据所述电流相位延迟值，基于所述当前冲程与冲程参考值之间的差来延迟参考电流。

为了实现上述目的，还提供一种控制往复式压缩机运行的装置，包括：电流检测单元，检测提供给线性电动机的电流；电压检测单元，检测提供给所述线性电动机的电压；冲程计算单元，利用检测到的电流和电压来计算冲程；电流相位延迟值产生单元，通过利用所计算出的冲程和检测到的电流来计算电流相位延迟值并输出计算出的所述电流相位延迟值；第一比较单元，获得在冲程参考值与计算出的所述冲程之间的差值，并输出所述差值；参考电流产生单元，根据所述电流相位延迟值，基于所述差值来延迟参考电流一段时间；第二比较单元，计算延迟了一段时间的所述参考电流与检测到的电流之间的差值，并输出所述差值；脉冲宽度调制(PWM)信号产生单元，基于所述第二比较单元的所述差值产生脉冲宽度调制信号；以及变频器，根据所述脉冲宽度调制信号来改变提供给所述电动机的电压和频率。

为了实现上述目的，还提供一种控制往复式压缩机运行的方法，包括：基于当前冲程与冲程参考值之间的差，通过将参考电流延迟一段时间来产生参考电流；以及基于延迟了一段时间的参考电流与检测到的电流之间的差，利用PWM信号来改变提供给线性电动机的电压。

为了实现上述目的，还提供一种控制往复式压缩机运行的方法，包括：通过利用当前冲程和检测到的电流来计算电流相位延迟值；根据电流相位延迟值，基于冲程与冲程参考值之间的差来延迟参考电流一段时间；以及基于延迟了一段时间的参考电流和检测到的电流，利用PWM信号来改变提供给线性电动机的电压。

为了实现上述目的，还提供一种控制往复式压缩机运行的方法，包括：检测提供给线性电动机的电流和电压；利用检测到的电流和电压计算冲程；通过利用冲程和检测到的电流来计算电流相位延迟值；获得冲程与冲程参考值之间的差值，并基于差值产生参考电流；根据电流相位延迟值来延迟参考电流一段时间；以及计算延迟的参考电流与检测到的电流之间的差值，并基于计算出的差值，利用PWM信号来改变提供给线性电动机的电压。

通过本发明的以下详细描述，并结合附图，本发明的前述和其他目的、特征、方案和优点将变得更加显而易见。

附图说明

附图包括在说明书中，提供对本发明的进一步理解，并入并组成说明书的一部分，示出本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是示出根据现有技术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控制往复式压缩机运行的方法的过程的流程图；

图3示出根据现有技术具有变频器的往复式压缩机的电流和PWM电压的波形；

图4示出根据图3中PWM电压和电流之间的相位差而失真的电流的波形；

图5是示出根据本发明控制往复式压缩机运行的装置的示意性结构框图；

图6是示出根据本发明控制往复式压缩机运行的方法的过程的流程图；以及

图7示出根据本发明的电流的波形。

具体实施方式

下面描述根据本发明的控制往复式压缩机运行的装置和方法，其能够通过估计电流与PWM电压之间的相位差来计算用于补偿所估计相位差的相位延迟值，并将参考电流延迟与计算出的相位延迟值一样长的一段时间，由此防止电流失真的产生，从而提高往复式压缩机的运行效率以及控制TDC(上止点)的精确度。

在控制利用变频器的往复式压缩机运行的装置和方法中，本发明认为能够通过利用冲程和电流来计算控制变频器的切换的PWM电压与流过往复式压缩机的电流之间的相位差。

在这里，TDC实际上指在完成活塞的压缩冲程时活塞的位置。

下止点(BDC)实际上指在完成活塞的吸入冲程时活塞的位置。

在此情况下，在TDC为0时的位置上往复式压缩机效率最大化，因此在控制往复式压缩机运行时，控制活塞到TDC为0时的位置。

图5是示出根据本发明控制往复式压缩机运行的装置的示意性结构框图。

如图5所示，根据本发明控制往复式压缩机运行的装置包括比较单元100和800、参考电流产生单元200、PWM信号产生单元300、变频器400、电流检测单元500、电压检测单元600、冲程计算单元700以及电流相位延迟值产生单元900。

电流检测单元500检测往复式压缩机的电动机的电流，而电压检测单元600检测往复式压缩机的电动机的电压。

冲程计算单元700通过利用检测到的电流和检测到的电压来计算冲程。

电流相位延迟值产生单元900通过利用冲程计算单元700的冲程和电流检测单元500检测到的电流来计算电流相位延迟值。

即，电流相位延迟值产生单元900能够通过如下所示的方程式来计算电流相位延迟值：

$\mathrm{Phase}(V-i)=\∠\left[\right\{\mathrm{jwL}-j\frac{1}{\mathrm{cw}}+R\}\·|i|+\mathrm{jw\α}{\left|x\right|e}^{-\mathrm{j\θ}}]$

比较单元100获得冲程参考值与冲程之间的差值并输出差值，而比较单元800获得检测到的电流与参考电流之间的差值并输出差值。

参考电流产生单元200基于比较单元100的差值，将参考电流延迟与电流相位延迟值一样多，并输出延迟的参考电流。

比较单元800计算参考电流产生单元200输出的参考电流与电流检测单元500检测的电流之间的差值，并输出计算出的差值。

PWM信号产生单元300基于比较单元800的差值来产生PWM信号。

即，在参考电流比检测到的电流小时，PWM信号产生单元300减少PWM信号的占空比，而如果参考电流比检测到的电流大，那么PWM信号产生单元300增加PWM信号的占空比。

下面参照图6来描述本发明的运行。

首先，电流检测单元500检测往复式压缩机的电动机的电流，并且电压检测单元600检测往复式压缩机的电动机的电压(SP11)。

接下来，冲程计算单元700通过利用检测到的电流和检测到的电压来计算冲程(SP12)。

然后，电流相位延迟值产生单元900通过利用冲程计算单元700的冲程和电流检测单元500检测到的电流，由下面所示的方程式来计算电流相位延迟值(SP13)。

Let i＝|i|e^jwt，x＝|x|e^j(wt-θ)

$V=L\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}+\frac{1}{c}\∫\mathrm{idt}+\mathrm{Ri}+\mathrm{\αx}$

$=(\mathrm{jwL}-j\frac{1}{\mathrm{cw}}+R)\·{\left|i\right|e}^{\mathrm{jwt}}+\mathrm{jw\α}\left|x\right|e^{j(\mathrm{wt}-\mathrm{\θ})}$

$=\left[\right\{\mathrm{jwL}-j\frac{1}{\mathrm{cw}}+R\}\·|i|+\mathrm{jw\α}|x\left|e^{-\mathrm{j\θ}}\right]\·e^{\mathrm{jwt}}$

$=\hat{V}\·e^{\mathrm{jwt}}$

$\stackrel{\·}{\·\·}\hat{V}=\left[\right\}\mathrm{jwL}-j\frac{1}{\mathrm{cw}}+R\}\·|i|+\mathrm{jw\α}{\left|x\right|e}^{-\mathrm{j\θ}}]$

$\stackrel{\·}{\·\·}\mathrm{Phase}(V-i)=\∠\left[\right\{\mathrm{jwL}-j\frac{1}{\mathrm{cw}}+R\}\·|i|+\mathrm{jw\α}{\left|x\right|e}^{-\mathrm{j\θ}}]$

其中“x”是冲程。

之后，比较单元100应用冲程参考值与冲程之间的差值并将其提供给参考电流产生单元200。然后，参考电流产生单元200基于比较单元100的差值，将参考电流延迟与电流相位延迟值一样长，并输出延迟的参考电流(SP14)。

即，参考电流产生单元200通过将参考电流延迟与PWM电压的相位差一样多来产生参考电流。

随后，比较单元800计算参考电流产生单元200输出的参考电流与电流检测单元500检测的电流之间的差值并输出差值，而PWM信号产生单元300基于比较单元800的差值来产生PWM信号(步骤S16)。

即，当参考电流比检测到的电流小时，PWM信号产生单元300减少PWM信号的占空比，而当参考电流比检测到的电流大时，PWM信号产生单元300增加PWM信号的占空比。

之后，变频器500将因为从PWM信号产生单元300输出的PWM信号而改变了频率的电压提供给往复式压缩机的电动机。

图7示出根据本发明的电流的波形。与图4的电流波形相比较，可注意到电流失真几乎已经消除。

即，在本发明中，估计在电流与PWM电压之间的相位差，并计算用于补偿所估计相位差的相位延迟值，然后将参考电流的相位延迟与计算出的相位延迟值一样长的一段时间，由此消除电流失真现象。

如已经所描述的，控制往复式压缩机的装置和方法具有下面的优点。

即，估计电流与PWM电压之间的相位差，并计算用于补偿所估计相位差的相位延迟值，然后将参考电流延迟与计算出的相位延迟值一样长的一段时间，由此消除电流失真现象。因此，可以提高压缩机的运行效率，并且可以改善控制TDC的精确度。

由于本发明可具体实施为多种形式而不背离其精神或本质特征，所以应当理解，除非另有规定，上述实施例并不受限于前述说明的任何细节，而应在随附权利要求书限定的精神和范围内宽泛地解释，因此，落入权利要求书的界限及其等效范围内的所有变化和改型都应为随附权利要求书所涵盖。

Claims (8)

1.一种控制往复式压缩机运行的装置，包括：

电流检测单元，检测提供给电动机的电流；

电压检测单元，检测提供给所述电动机的电压；

冲程计算单元，利用检测到的电流和电压来计算冲程；

电流相位延迟值产生单元，通过利用所述冲程和所述检测到的电流来计算电流相位延迟值，并输出计算出的电流相位延迟值；

参考电流产生单元，通过根据所述电流相位延迟值延迟参考电流一段时间来产生延迟的参考电流，其中所述参考电流是基于所述冲程与冲程参考值之间的差来确定的；以及

脉冲宽度调制信号产生单元，基于所述延迟的参考电流与检测到的电流之间的差值来产生脉冲宽度调制信号。

2.如权利要求1所述的装置，其中，当检测到的电流比所述延迟的参考电流大时，所述脉冲宽度调制信号产生单元减少所述脉冲宽度调制信号的占空比，而当检测到的电流比所述延迟的参考电流小时，所述脉冲宽度调制信号产生单元增加所述脉冲宽度调制信号的占空比。

3.一种控制往复式压缩机运行的装置，包括：

电流检测单元，检测提供给电动机的电流；

电压检测单元，检测提供给所述电动机的电压；

冲程计算单元，利用检测到的电流和电压来计算冲程；

电流相位延迟值产生单元，通过利用所计算出的冲程和检测到的电流来计算电流相位延迟值，并输出计算出的电流相位延迟值；

第一比较单元，获得在冲程参考值与计算出的冲程之间的第一差值，并输出所述第一差值；

参考电流产生单元，通过根据所述电流相位延迟值延迟参考电流一段时间来产生延迟的参考电流，其中所述参考电流是基于所述第一差值来确定的；

第二比较单元，计算所述延迟的参考电流与检测到的电流之间的第二差值，并输出所述第二差值；

脉冲宽度调制信号产生单元，基于所述第二比较单元的所述第二差值产生脉冲宽度调制信号；以及

变频器，将改变了频率的电压提供给所述电动机，其中频率的改变已经根据从所述脉冲宽度调制信号产生单元输出的所述脉冲宽度调制信号而完成。

4.如权利要求3所述的装置，其中，

当检测到的电流比所述延迟的参考电流大时，所述脉冲宽度调制信号产生单元减少所述脉冲宽度调制信号的占空比，以及当检测到的电流比所述延迟的参考电流小时，所述脉冲宽度调制信号产生单元增加所述脉冲宽度调制信号的占空比。

5.一种控制往复式压缩机运行的方法，包括：

检测提供给电动机的电流和电压；

利用检测到的电流和电压来计算冲程；

通过利用所述冲程和所述检测到的电流来计算电流相位延迟值；

通过根据电流相位延迟值延迟参考电流一段时间来产生延迟的参考电流，其中所述参考电流是基于所述冲程与冲程参考值之间的差来确定的；

基于所述延迟的参考电流与检测到的电流之间的差，产生脉冲宽度调制信号；以及

将改变了频率的电压提供给所述电动机，其中频率的改变已经根据所述脉冲宽度调制信号而完成。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述产生脉冲宽度调制信号的步骤包括：

当检测到的电流比所述延迟的参考电流大时，减少所述脉冲宽度调制信号的占空比；以及

当检测到的电流比所述延迟的参考电流小时，增加所述脉冲宽度调制信号的占空比。

7.一种控制往复式压缩机运行的方法，包括：

检测提供给电动机的电流和电压；

利用检测到的电流和电压计算冲程；

通过利用所述冲程和检测到的电流来计算电流相位延迟值；

获得所述冲程与冲程参考值之间的差值，并基于所述差值产生参考电流；

通过根据所述电流相位延迟值来延迟参考电流一段时间来产生延迟的参考电流；

计算延迟的参考电流与检测到的电流之间的差值；

基于所计算出的差值产生脉冲宽度调制信号；以及

将所述脉冲宽度调制信号提供给变频器。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述产生脉冲宽度调制信号的步骤包括：

当检测到的电流比所述延迟的参考电流大时，减少所述脉冲宽度调制信号的占空比；以及

当检测到的电流比所述延迟的参考电流小时，增加所述脉冲宽度调制信号的占空比。

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