CN101351645B - 用于控制线性压缩机运行的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制往复式压缩机运行的装置和方法，其中在电流和冲程之间的相位差保持不变时检测到关于往复式压缩机的运行频率的拐点，在识别出所检测到的关于运行频率的拐点为TDC＝0的点时，控制该往复式压缩机的运行。用于控制往复式压缩机运行的装置包括：控制单元，用于检测电流和冲程之间的相位差，并输出频率拐点检测信号或变频信号；以及冲程参考值控制单元，用于根据频率拐点检测信号确定是否已检测到频率拐点，并基于确定结果输出冲程参考值控制信号。

Description

用于控制线性压缩机运行的装置和方法

技术领域

本发明涉及压缩机，尤其涉及用于控制往复式压缩机运行的装置和方法，其能够减少往复式压缩机的功耗并提高线性控制的可靠性。

背景技术

通常，通过在往复式压缩机中设置的气缸中往复地以及线性地移动活塞，来运行该往复式压缩机以吸入、压缩和释放制冷气体。

根据活塞的驱动方式，将往复式压缩机分成使用往复方法(recipromethod)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，曲柄轴与旋转马达相耦合，活塞与该曲柄轴相耦合，从而将旋转马达的旋转力变成往复运动。

在使用线性方法的压缩机中，与线性马达的致动器连接的活塞线性移动。

使用线性方法的往复式压缩机没有用于将旋转运动变成线性运动的这种曲柄轴，从而不会产生曲柄轴引起的摩擦损耗，因此相比一般的压缩机，其具有高压缩效率。

往复式压缩机可用于冰箱或空调，以通过改变往复式压缩机的压缩比来控制冰箱或空调的冷却能力(cooling capacity)，该压缩比可通过改变输入到往复式压缩机的马达中的电压来改变。

因此，当将往复式压缩机用于冰箱或空调时，通过改变输入到往复式压缩机的冲程电压来改变该往复式压缩机的压缩比，由此控制冷却能力。这里，冲程指的是活塞的上止点(top dead center)和下止点之间的距离。

现在参照图1描述现有技术中的往复式压缩机。

图1是示出根据现有技术用于控制往复式压缩机运行的装置构造的示意性框图。

如图1所示，现有技术中用于控制往复式压缩机运行的装置包括：电流检测单元4，用于检测施加到往复式压缩机6的马达(未示出)的电流；电压检测单元3，用于检测施加到该马达的电压；冲程计算单元5，用于基于所检测的电流值和电压值以及该马达的参数来计算往复式压缩机6的冲程估算值；比较单元1，用于将计算出的冲程估算值和预先设定的冲程参考值相比较，并根据比较结果输出差值；以及冲程控制单元2，用于根据该差值，通过控制与马达串联的三端双向可控硅开关元件(triac)(未示出)的导通时间来改变施加到该马达的电压，从而控制压缩机6的运行(冲程)。

下面将参照图1描述用于控制往复式压缩机运行的装置的操作。

首先，电流检测单元4检测施加到压缩机6的马达(未示出)的电流，并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检测施加到马达的电压，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值和电压值以及马达的参数代入到下面所示的公式(1)来计算该压缩机的冲程估算值(X)，并将计算出的冲程估算值(X)应用到比较单元1：

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

其中‘R’是马达电阻值，‘L’是马达电感值，α是马达常数，V_M是施加到马达的电压值，‘i’是施加到马达的电流值，

是施加到马达的电流的时间变化率(time change rate)。即，

是‘i’的微分值(di/dt)。

此后，比较单元1将该冲程估算值与冲程参考值相比较，并根据比较结果将差值应用到冲程控制单元2。

冲程控制单元2基于该差值，通过改变施加到压缩机6的马达的电压，来控制压缩机6的冲程。

下面参照图2描述该操作。

图2是示出根据现有技术用于控制往复式压缩机运行的方法过程的流程图。

首先，当通过冲程计算单元5将冲程估算值应用到比较单元1时(S1)，比较单元1将该冲程估算值与预先设定的冲程参考值相比较(S2)，并根据比较结果将差值输出到冲程控制单元2。

当该冲程估算值小于冲程参考值时，冲程控制单元2增大施加到马达的电压，以控制往复式压缩机的冲程(S3)，当该冲程估算值大于冲程参考值时，冲程控制单元2减小施加到马达的电压(S4)。

当施加到马达的电压增大或减小时，电连接到马达的三端双向可控硅开关元件(未示出)控制导通时间并将电压施加到马达。

该冲程参考值随着往复式压缩机的负载大小而改变。即，当负载大时，增大冲程参考值以不减小活塞的冲程，从而避免降低冷却能力。相反，当负载小时，减小该冲程参考值以不增大活塞的冲程，从而避免增大冷却能力，并避免由于过大的冲程(超冲程(over-stroke))而引起活塞和气缸相撞。

现有技术中用于控制往复式压缩机运行的装置利用马达参数(α)、电阻(R)和电感(L)来估算冲程，并利用冲程估算值来控制该冲程。

然而，在估算冲程时，由于马达参数和分量偏差(component deviation)引起误差，从而难以精确地控制冲程，这产生了如下问题，即无法精确控制往复式压缩机的活塞，使其处于对应于TDC(上止点)＝0的点的最佳运行条件。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置和方法，由此在电流和冲程之间的相位差(phase difference)保持不变时，检测关于往复式压缩机的运行频率的拐点(point ofinflection)，并在识别出所检测的关于运行频率的拐点为TDC＝0的点时，控制该往复式压缩机的运行。

本发明的另一个目的是提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置和方法，由此在电流和速度之间的相位差保持不变时，检测关于往复式压缩机的运行频率的拐点，并在识别出所检测的关于运行频率的拐点为TDC＝0的点时，控制该往复式压缩机的运行。

如这里具体实施和广泛描述的，为实现这些和其它优点以及根据本发明的目的，提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置，包括：控制单元，用于检测电流和冲程之间的相位差，并输出频率拐点检测信号或变频信号(frequency variable signal)；以及冲程参考值控制单元，用于根据该频率拐点检测信号确定是否已检测到频率拐点，并基于确定结果输出冲程参考值控制信号，其中当通过该频率拐点检测信号检测到频率拐点时，该冲程参考值控制单元输出用于保持当前冲程参考值的冲程参考值控制；如果没有检测到频率拐点，则该冲程参考值控制单元输出用于增大该当前冲程参考值的冲程参考值控制信号。

为了实现上述目的，还提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置，包括：控制单元，用于检测电流和冲程之间的相位差，并基于所检测到的相位差，输出频率拐点检测信号或变频信号；冲程参考值控制单元，用于根据频率拐点检测信号确定是否已检测到频率拐点，并基于确定结果输出冲程参考值控制信号；冲程参考值确定单元，用于基于该冲程参考值控制信号确定冲程参考值；PWM(脉冲宽度调制)生成单元，用于基于冲程参考值和当前冲程之间的差值生成PWM信号，或基于变频信号来生成PWM信号；以及逆变器(inverter)，用于根据PWM信号改变施加到马达的电压和频率，其中如果检测到的相位差值处于预先设定的参考范围内，则该控制单元输出该频率拐点检测信号，以及其中当通过该频率拐点检测信号检测到频率拐点时，该冲程参考值控制单元输出用于保持当前冲程参考值的冲程参考值控制；如果没有检测到频率拐点，则该冲程参考值控制单元输出用于增大该当前冲程参考值的冲程参考值控制信号。

为了实现上述目的，还提供一种用于控制往复式压缩机运行的方法，包括：以对应于某一冲程参考值的能力(capacity)运行往复式压缩机；检测施加到马达的电压和电流，并利用所检测到的电压和所检测到的电流计算冲程；检测冲程和电流之间的相位差；以及将检测到的相位差和预先设定的参考范围相比较，并基于比较结果改变冲程参考值，其中改变该冲程参考值的步骤包括：如果检测到的相位差值处于该预先设定的参考范围内，则检测频率拐点；以及当检测到频率拐点时，保持当前冲程参考值；如果没有检测到频率拐点，则增大该冲程参考值。

为了实现上述目的，还提供一种用于控制往复式压缩机运行的方法，包括：以对应于某一冲程参考值的能力来运行往复式压缩机；检测施加到马达的电压和电流，并利用所检测到的电压和所检测到的电流计算冲程；利用计算出的冲程来计算该往复式压缩机的速度，并检测计算出的速度和电流之间的相位差；以及将检测到的相位差和预先设定的参考范围相比较，并基于比较结果改变冲程参考值，其中改变该冲程参考值的步骤包括：如果检测到的相位差值处于该预先设定的参考范围内，则检测频率拐点；以及当检测到频率拐点时，保持当前冲程参考值；如果没有检测到频率拐点，则增大该冲程参考值。

从结合附图的本发明的详细描述中，本发明的上述和其它目的、特征、方案和优点变得显而易见。

附图说明

为了进一步理解本发明，将附图包括在说明书中并使其构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例，结合附图和说明书解释了本发明的原理。

在附图中：

图1是示出根据现有技术用于控制往复式压缩机运行的装置的示意性框图；

图2是示出根据现有技术用于控制往复式压缩机运行的方法过程的流程图；

图3是示出根据本发明用于控制往复式压缩机运行的装置构造的示意性框图；

图4是示出根据本发明用于控制往复式压缩机运行的方法过程的流程图。

具体实施方式

下面将参照图3和图4详细描述根据本发明的示例性实施例用于控制往复式压缩机运行的装置和方法，通过该装置和方法，在电流和冲程之间的相位差保持不变时检测关于往复式压缩机的运行频率的拐点，并将所检测到的关于运行频率的拐点识别为TDC＝0的点，从而控制往复式压缩机的运行。

本发明基于如下这种识别：在电流和冲程之间的相位差或速度和冲程之间的相位差变得一致时的运行频率的拐点与TDC＝0的点(在此点可获得最佳运行效率)相同。

这里，TDC实质上指的是当完成活塞的压缩冲程时活塞的位置。

在这种情形下，当活塞的位置处于TDC＝0时，往复式压缩机的效率被最大化，所以在控制往复式压缩机的运行时，控制活塞以使其到达TDC为0的位置。

图3是示出根据本发明用于控制往复式压缩机运行的装置构造的示意性框图。

如图3所示，用于控制往复式压缩机运行的装置包括冲程参考值确定单元100、比较器200、PWM(脉冲宽度调制)信号生成单元300、逆变器400、电流检测单元500、电压检测单元600、冲程检测单元700、控制单元800和冲程参考值控制单元900。

电流检测单元500检测往复式压缩机的马达的电流，电压检测单元600检测往复式压缩机的马达的电压。

冲程检测单元700利用所检测到的电流和所检测到的电压来计算冲程。

控制单元800检测所检测到的电流和冲程之间的相位差，并基于检测到的相位差输出变频信号(frequency variable signal)或频率拐点检测信号。

即，当检测到的相位差处于预先设定的参考范围内时，控制单元800输出频率拐点检测信号，而如果检测到的相位差没有处于预先设定的参考范围内，则控制单元800输出变频信号。

在不同的实施例中，控制单元800可利用通过冲程检测单元700已检测到的冲程来计算速度，获得计算出的速度和电流之间的相位差，将检测到的相位差与预先设定的参考相位差相比较，以及根据比较结果输出变频信号或频率拐点检测信号。

即，当检测到的相位差处于参考范围内时，控制单元800输出频率拐点检测信号，反之，如果检测到的相位差没有处于参考范围内，则控制单元800输出变频信号。

基于变频信号，PWM信号生成单元300生成用于改变施加到马达的电压频率的PWM信号，逆变器400根据该PWM信号改变施加到往复式压缩机的马达的电压和频率。

PWM信号生成单元300分析该变频信号，如果相位差大于预先设定的参考范围，则PWM信号生成单元300生成用于增大频率的PWM信号。

然而，如果相位差小于预先设定的参考范围，则PWM信号生成单元300生成用于减小频率的PWM信号。

冲程命令参考控制单元900通过频率拐点检测信号确定是否已检测到频率拐点，并基于确定结果输出冲程参考值控制信号。

即，当通过频率拐点检测信号检测到频率拐点时，冲程参考值控制单元900输出用于保持当前冲程参考值的控制信号，如果没有检测到频率拐点，则冲程参考值控制单元900输出用于增大当前冲程参考值的控制信号。

冲程参考值确定单元100基于该冲程参考值控制信号来确定冲程参考值。

下面将参照图4描述本发明的操作。

首先，假定往复式压缩机以某一冲程参考值运行(SP11)。

在这种状态下，电流检测单元500检测往复式压缩机的马达的电流，电压检测单元600检测往复式压缩机的马达的电压(SP12)。

此后，冲程检测单元700利用所检测到的电流和所检测到的电压计算冲程(SP13)。

然后，控制单元800检测所检测到的电流和冲程之间的相位差(SP14)，并基于检测到的相位差输出变频信号或频率拐点检测信号。

这里，在不同的实施例中，控制单元800可利用冲程计算速度，检测速度和电流之间的相位差，并基于检测到的相位差输出变频信号或频率拐点检测信号。

此后，控制单元800将冲程(速度)和电流之间的相位差与预先设定的参考范围(在大约87°至93°范围内的一值)相比较，如果检测到的相位差处于参考范围内，则控制单元800输出频率拐点检测信号。

即，将当前冲程估算值和冲程参考值相比较(SP18)，基于比较结果改变施加到往复式压缩机的马达的电压(SP19和SP20)。

然后，控制单元800确定是否出现频率拐点。

当出现频率拐点时(SP21)，控制单元800将频率拐点确定为当前冲程为TDC＝0的点，并且当前冲程参考值被保持为现在的值(SP22)。

如果没有出现频率拐点，则控制单元800认为当前冲程为小于TDC＝0的冲程(SP23)，并增大冲程参考值(SP24)。

然后，比较器200获得冲程参考值和冲程之间的差值，PWM信号生成单元300生成对应于该差值的PWM信号，并将其应用到逆变器400。

因此，逆变器400根据PWM信号改变频率和电压，并将改变后的频率和电压施加到往复式压缩机的马达。

同时，如果冲程和电流之间的相位差不是处于预先设定的参考范围内的值，则控制单元800控制频率使其增大或减小。

即，如果相位差大于参考范围，则控制单元800增大PWM信号的占空比(duty rate)，从而增大频率(SP17)，如果相位差小于参考范围，则控制单元800降低PWM信号的占空比，从而减小频率(SP16)。

也就是说，在本发明中，频率被可变地控制，以使得电流和冲程之间的相位差不变，在电流和冲程之间的相位差保持不变时检测到频率拐点，并将该频率拐点识别为TDC＝0的点，以控制往复式压缩机的运行。

如到此所描述的，用于控制往复式压缩机运行的装置和方法具有很多优点。

也就是说，例如，因为频率被可变地控制，以使得电流和冲程之间的相位差不变，在电流和冲程之间的相位差保持不变时检测到频率拐点，并将该频率拐点识别为TDC＝0的点，以控制往复式压缩机的运行，由此可降低功耗并提高控制可靠性。

另外，因为频率被可变地控制，以使得速度和冲程之间的相位差不变，在速度和冲程之间的相位差保持不变时检测到频率拐点，并将该频率拐点识别为TDC＝0的点，以控制往复式压缩机的运行，因此可降低功耗并提高控制可靠性。

由于本发明可以各种形式实施而不脱离其精神或本质特性，所以还应能理解的是上述实施例并不局限于以上描述的任何细节，除非另外指定，否则本发明应在后附权利要求书所限定的范围内进行广泛解释，因此落在权利要求的边界和范围内或者这个边界和范围的等效范围之内的所有改变或修改均应被后附的权利要求所涵盖。

Claims (18)

1.一种用于控制往复式压缩机运行的装置，包括：

控制单元，用于检测电流和冲程之间的相位差，并输出频率拐点检测信号或变频信号；以及

冲程参考值控制单元，用于根据所述频率拐点检测信号确定是否已检测到频率拐点，并基于确定结果输出冲程参考值控制信号，

其中当通过该频率拐点检测信号检测到频率拐点时，该冲程参考值控制单元输出用于保持当前冲程参考值的冲程参考值控制；如果没有检测到频率拐点，则该冲程参考值控制单元输出用于增大该当前冲程参考值的冲程参考值控制信号。

2.如权利要求1所述的装置，还包括：

冲程参考值确定单元，用于基于该冲程参考值控制信号确定冲程参考值。

3.如权利要求1所述的装置，其中当检测到的相位差处于预先设定的参考范围内时，该控制单元输出该频率拐点检测信号。

4.如权利要求1所述的装置，其中如果检测到的相位差不是处于预先设定的参考范围内的值，则该控制单元输出该变频信号。

5.如权利要求1所述的装置，还包括：

PWM信号生成单元，用于基于所述冲程参考值和当前冲程之间的差值生成PWM信号，或基于该变频信号生成PWM信号；以及

逆变器，用于根据该PWM信号改变施加到马达的电压和频率。

6.如权利要求5所述的装置，其中该PWM信号生成单元分析该变频信号，如果该相位差大于预先设定的参考范围，则该PWM信号生成单元生成用于增大该频率的PWM信号。

7.如权利要求5所述的装置，其中该PWM信号生成单元分析该变频信号，如果该相位差小于预先设定的参考范围，则该PWM信号生成单元生成用于减小该频率的PWM信号。

8.如权利要求1所述的装置，其中该控制单元利用该冲程计算速度，检测该速度和该电流之间的相位差，将检测到的相位差和预先设定的参考范围进行比较，以及根据比较结果输出该变频信号或该频率拐点检测信号。

9.一种用于控制往复式压缩机运行的装置，包括：

控制单元，用于检测电流和冲程之间的相位差，并基于检测到的相位差输出频率拐点检测信号或变频信号；

冲程参考值控制单元，用于根据该频率拐点检测信号确定是否已检测到频率拐点，并基于确定结果输出冲程参考值控制信号；

冲程参考值确定单元，用于基于该冲程参考值控制信号确定冲程参考值；

PWM(脉冲宽度调制)信号生成单元，用于基于该冲程参考值和当前冲程之间的差值来生成PWM信号，或基于该变频信号生成PWM信号；以及

逆变器，用于根据PWM信号改变施加到马达的电压和频率，

其中如果检测到的相位差值处于预先设定的参考范围内，则该控制单元输出该频率拐点检测信号，以及

其中当通过该频率拐点检测信号检测到频率拐点时，该冲程参考值控制单元输出用于保持当前冲程参考值的冲程参考值控制；如果没有检测到频率拐点，则该冲程参考值控制单元输出用于增大该当前冲程参考值的冲程参考值控制信号。

10.如权利要求9所述的装置，其中如果检测到的相位差不是处于该预先设定的参考范围内的值，则该控制单元输出该变频信号。

11.如权利要求9所述的装置，其中该PWM信号生成单元分析该变频信号，如果该相位差大于预先设定的参考范围，则该PWM信号生成单元生成用于增大该频率的PWM信号；如果该相位差的值小于该预先设定的参考范围，则该PWM信号生成单元生成用于减小该频率的PWM信号。

12.如权利要求9所述的装置，其中该控制单元利用该冲程计算速度，检测该速度和该电流之间的相位差，将检测到的相位差与该预先设定的参考范围相比较，并根据比较结果输出该变频信号或该频率拐点检测信号。

13.一种用于控制往复式压缩机运行的方法，包括以下步骤：

以对应于某一冲程参考值的能力运行该往复式压缩机；

检测施加到马达的电压和电流，并利用所检测到的电压和所检测到的电流计算冲程；

检测该冲程和该电流之间的相位差；以及

将检测到的相位差与预先设定的参考范围相比较，并基于比较结果来改变该冲程参考值，

其中改变该冲程参考值的步骤包括：

如果检测到的相位差值处于该预先设定的参考范围内，则检测频率拐点；以及

当检测到频率拐点时，保持当前冲程参考值，如果没有检测到频率拐点，则增大该冲程参考值。

14.如权利要求13所述的方法，其中改变该冲程参考值的步骤包括：

如果检测到的相位差的值大于该预先设定的参考范围，则增大频率。

15.如权利要求13所述的方法，其中改变该冲程参考值的步骤包括：

如果检测到的相位差值小于该预先设定的参考范围，则减小频率。

16.一种用于控制往复式压缩机运行的方法，包括以下步骤：

以对应于某一冲程参考值的能力运行该往复式压缩机；

检测施加到马达的电压和电流，并利用所检测到的电压和所检测到的电流计算冲程；

利用计算出的冲程计算该往复式压缩机的速度，并检测计算出的速度和该电流之间的相位差；以及

将检测到的相位差和预先设定的参考范围相比较，并基于比较结果改变该冲程参考值，

其中改变该冲程参考值的步骤包括：

如果检测到的相位差值处于该预先设定的参考范围内，则检测频率拐点；以及

当检测到频率拐点时，保持当前冲程参考值；如果没有检测到频率拐点，则增大该冲程参考值。

17.如权利要求16所述的方法，其中改变该冲程参考值的步骤包括：

如果检测到的相位差的值大于预先设定的参考范围，则增大频率。

18.如权利要求16所述的方法，其中改变该冲程参考值的步骤包括：

如果检测到的相位差的值小于该预先设定的参考范围，则减小频率。

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