CN101361262B - 用于控制线性压缩机运行的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于控制线性压缩机运行的装置和方法，其通过在电流和冲程之间的相位差处于某一范围时的时间点处检测到相位差拐点，以及通过将该相位差拐点识别为上止点(TDC)等于零的点，来控制该线性压缩机的运行。用于控制线性压缩机运行的装置包括：控制单元，其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变化信号或相位差拐点检测信号；相位差拐点检测单元，其用于通过所述相位差拐点检测信号判断是否检测到相位差拐点，并基于判断结果输出冲程命令值控制信号；以及冲程命令值确定单元，其用于基于所述冲程命令值控制信号确定冲程命令值。

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，尤其涉及用于控制线性压缩机运行的装置和方法，其通过在电流和冲程之间的相位差处于某一范围(region)内时的时间点处检测到相位差拐点(phase difference inflection)以及通过将该相位差拐点识别为上止点(TDC)等于零的点，来控制线性压缩机的运行。

背景技术

通常，往复式压缩机通过在气缸中线性地往复移动活塞来吸入、压缩并随后释放制冷气体。根据活塞的驱动方式，将压缩机分成往复式压缩机和线性压缩机。

在往复式压缩机中，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转变成往复运动力。

在线性压缩机中，与线性马达的动子连接的活塞作线性移动。

线性压缩机没有用于将旋转运动转变成线性运动的曲柄轴，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，其具有更高的压缩效率。

当将线性压缩机应用于冰箱或空调时，通过改变施加至线性压缩机内的马达的电压来改变线性压缩机的压缩比(compression ratio)。由此控制冰箱或空调的冷却能力(cooling capacity)。

当将线性压缩机应用于冰箱或空调时，通过改变施加至线性缩机的冲程电压来改变线性压缩机的压缩比。由此控制冰箱或空调的冷却能力。这里，冲程指的是活塞的上止点(top dead center)和活塞的下止点之间的距离。

现在参照图1描述现有技术中的线性压缩机。

图1是根据现有技术用于线性压缩机的驱动控制装置的结构框图。

如图1所示，现有技术中用于线性压缩机的驱动控制装置包括：电流检测单元4，其用于检测施加到线性压缩机6的马达(未示出)的电流；电压检测单元3，其用于检测施加到线性压缩机6的马达的电压；冲程计算单元5，其用于基于所检测到的电流、所检测到的电压以及该马达的参数来计算线性压缩机的冲程估算值；比较单元1，其用于将计算出的冲程估算值和预设的冲程命令值相比较，并输出该冲程估算值和该预设的冲程命令值之间的差值；以及冲程控制单元2，其用于基于该差值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，以便改变施加到该马达的电压，从而控制线性压缩机6的冲程。

下面将参照图1描述用于线性压缩机的驱动控制装置的运行。

电流检测单元4检测施加到线性压缩机6的马达(未示出)的电流，并将检测到的电流输出到冲程计算单元5。

电压检测单元3检测施加到线性压缩机6的马达的电压，并将检测到的电压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、检测到的电压以及马达的参数代入到下面的公式(1)来计算线性压缩机的冲程估算值(X)。然后，该冲程计算单元5将计算出的冲程估算值(X)应用到比较单元1。

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

R表示马达的电阻，L表示马达的电感，α表示马达常数，V_M表示施加到马达的电压，i表示施加到马达的电流，i表示施加到马达的电流随时间的变化率。即，i是i的微分值(di/dt)。

比较单元1将冲程估算值与冲程命令值相比较，并将冲程估算值和冲程命令值之间的差值应用到冲程控制单元2。

冲程控制单元2基于该差值改变施加到线性压缩机6的马达的电压，从而控制该线性压缩机6的冲程。

图2是示出根据现有技术用于控制线性压缩机运行的方法的流程图。

参照图2，将通过冲程计算单元5获得的冲程估算值应用到比较单元1(S1)。然后，比较单元1将该冲程估算值与预设的冲程命令值相比较(S2)，并将该冲程估算值和该预设的冲程命令值之间的差值输出到冲程控制单元2。

当冲程估算值小于冲程命令值时，冲程控制单元2增大施加到马达的电压，以控制线性压缩机的冲程(S3)。反之，当冲程估算值大于冲程命令值时，冲程控制单元2减小施加到马达的电压(S4)。

于此，通过控制电连接到马达的三端双向可控硅开关元件(未示出)的导通时间，增大或减小施加到马达的电压。

冲程命令值根据线性压缩机的负载大小而改变。更具体地，当负载大时，增大冲程命令值以增大活塞的冲程，从而避免冷却能力降低。

反之，当负载小时，减小冲程命令值以减小活塞的冲程，从而避免冷却能力增大，由此避免由于超冲程(over-stroke)而引起活塞和气缸之间相撞。

现有技术中用于控制线性压缩机运行的方法是，基于马达的参数、电阻和电抗(reactance)来计算线性压缩机的冲程估算值。然后，基于冲程估算值来进行冲程控制。

然而，在计算冲程估算值时，由于参数和每一分量的偏差会产生误差，这样难以精确地进行冲程控制。从而，活塞未被置于TDC＝0，因此降低了装置的可靠性。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于控制线性压缩机运行的装置和方法，其通过在电流和冲程之间的相位差(phase difference)处于某一范围时的时间点处检测到相位差拐点，并将该相位差拐点识别为上止点(TDC＝0)等于零的点，来控制该线性压缩机的运行。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于控制线性压缩机运行的装置，包括：控制单元，其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变化信号(frequency varying signal)或相位差拐点检测信号；相位差拐点检测单元，其用于根据相位差拐点检测信号判断是否检测到相位差拐点，并基于判断结果输出冲程命令值控制信号；以及冲程命令值确定单元，其用于基于所述冲程命令值控制信号确定冲程命令值。

为了实现上述目的，本发明还提供一种用于控制线性压缩机运行的方法，包括：以对应于某一冲程命令值的能力(capacity)驱动线性压缩机；检测施加到马达的电压和电流，并基于电压和电流计算冲程；检测冲程和电流之间的相位差；将检测到的相位差与预设值进行比较，并基于比较结果检测相位差拐点；以及根据是否检测到所述相位差拐点来检测上止点，然后根据负载改变冲程命令值。

附图说明

图1是根据现有技术用于操作线性压缩机的方法的结构框图；

图2是根据现有技术用于操作线性压缩机的方法的流程图；

图3是根据本发明用于操作线性压缩机的装置的结构框图；

图4是根据本发明用于操作线性压缩机的方法的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。

以下将参照图3和图4说明用于控制线性压缩机运行的装置和方法，其中通过在电流和冲程之间的相位差处于某一范围内时的时间点处检测到相位差拐点，并通过将该相位差拐点识别为上止点(TDC)等于零的点，来控制线性压缩机的运行。

在本发明中，当电流和冲程之间的相位差处于某一范围并且相位差拐点被视为上止点(TDC)等于零时，实现最大驱动效率。

TDC表示线性压缩机的活塞的“上止点”位置，并且表示当完成活塞的压缩过程时活塞的位置。

由于当TDC＝0时，线性压缩机具有最佳效率，因此控制活塞以使其定位于TDC＝0的点上。

图3是根据本发明用于操作线性压缩机的装置的结构框图。

如图所示，根据本发明的用于控制线性式压缩机运行的装置包括冲程命令值确定单元100、比较单元200、PWM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和相位差拐点检测单元900。

电流检测单元500检测施加到线性压缩机的马达的电流，电压检测单元600检测施加到线性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频率变化信号(frequency varying signal)或相位差拐点检测信号。

也就是，当检测到的相位差处于预设范围内时，控制单元800输出相位差拐点检测信号。反之，当检测到的相位差没有处于预设范围内时，控制单元800输出频率变化信号。

根据另一实施例，控制单元800通过冲程检测单元700计算冲程的速度，并计算速度和电流之间的相位差。然后，控制单元800将检测到的相位差与参考相位差相比较，由此输出频率变化信号或相位差拐点检测信号。即，当检测到的相位差处于预设范围内时，控制单元800输出相位差拐点检测信号。反之，当检测到的相位差未处于预设范围内时，控制单元800输出频率变化信号。

PWM信号生成单元300基于频率变化信号生成用于改变施加到马达的电压频率的PWM信号，逆变器400基于该PWM信号改变施加到线性压缩机的马达的电压和频率。

PWM信号生成单元300分析该频率变化信号。当相位差大于预设值时，PWM信号生成单元300生成用于增大频率的PWM信号。然而，当相位差小于预设值时，PWM信号生成单元300生成用于减小频率的PWM信号。

相位差拐点检测单元900根据从控制单元800输出的相位差拐点检测信号判断是否检测到相位差拐点，并基于判断结果输出冲程命令值控制信号。

当通过相位差拐点检测信号检测到相位差拐点时，相位差拐点检测单元900输出用以保持当前冲程命令值的控制信号。反之，当通过相位差拐点检测信号没有检测到相位差拐点时，相位差拐点检测单元900输出用以增大当前冲程命令值的控制信号。

当相位差大于预设范围内的最小值时，相位差拐点检测单元900将该时间点检测为相位差拐点。

冲程命令值确定单元100基于冲程命令值控制信号确定冲程命令值。

将参照图4说明根据本发明用于控制线性压缩机运行的装置的操作。

以某一冲程命令值运行线性压缩机(SP11)。

然后，电流检测单元500检测线性压缩机的马达的电流，而电压检测单元600检测线性压缩机的马达的电压(SP12)。

然后，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，比较单元200计算冲程命令值和冲程之间的差值。PWM信号生成单元300生成与该差值相对应的PWM信号，从而将该PWM信号应用至逆变器400。然后，逆变器400根据该PWM信号改变频率和电压，并且将改变后的频率和电压施加到线性压缩机的马达(SP14至SP16)。

控制单元800检测所检测到的电流和冲程之间的相位差(SP17)，并基于检测到的相位差输出频率变化信号或相位差拐点检测信号。

根据另一实施例，控制单元800计算冲程的速度，并且检测速度和电流之间的相位差。然后，控制单元800基于检测到的相位差输出频率变化信号或相位差拐点检测信号。

然后，控制单元800将冲程和电流之间的相位差与预设相位差(大约在80°至100°范围内的一值)相比较。当检测到的相位差处于预设范围内时，控制单元800输出相位差拐点检测信号。

然后，相位差拐点检测单元900通过相位差拐点检测信号判断是否出现相位差拐点。如果断定出现了相位差拐点(SP21)，则相位差拐点检测单元900断定当前冲程处于“TDC＝0”的点，从而保持当前的冲程命令值(SP22)。反之，如果断定没有出现相位差拐点，则相位差拐点检测单元900断定当前冲程为小于“TDC＝0”的冲程(SP23)，从而增大当前冲程命令值(SP24)。

当冲程和电流之间的相位差大于预设范围时，控制单元800通过增大PWM信号的占空比(duty ratio)来增大频率(SP20)。反之，当冲程和电流之间的相位差小于预设范围时，控制单元800通过减小PWM信号的占空比来减小频率(SP19)。

也就是说，在本发明中，改变频率从而使电流和冲程之间的相位差可处于某一范围内。如果电流和冲程之间的相位差处于某一范围内时，检测到相位差拐点，从而将其识别为“TDC＝0”。

本发明具有如下效果：

首先，计算电流和脉冲宽度调制(PWM)电压之间的相位差，计算用于补偿相位差的相位延迟值(phase delay value)，根据计算得到的相位延迟值延迟参考电流从而消除电流的失真现象。从而提高了压缩机的驱动效率，并且精确地控制TDC。

显然对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明精神或范围的条件下，可以对本发明进行各种改变和修改。因此应理解，如果本发明的各种改变和修改落入所附权利要求及其等效范围内，则本发明覆盖了这些改变和修改。

Claims (8)

1.一种用于控制线性压缩机运行的装置，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变化信号或相位差拐点检测信号；

相位差拐点检测单元，用于根据所述相位差拐点检测信号判断是否检测到相位差拐点，并基于判断结果输出冲程命令值控制信号；以及

冲程命令值确定单元，用于基于所述冲程命令值控制信号确定冲程命令值；

其中当所检测到的相位差处于预设范围内时，所述控制单元输出相位差拐点检测信号；以及

其中当所检测到的相位差没有处于所述预设范围内时，所述控制单元输出频率变化信号。

2.如权利要求1所述的装置，还包括脉冲宽度调制(PWM)信号生成单元，用于基于所述冲程命令值和所述冲程之间的差值生成PWM信号，或者基于所述频率变化信号生成PWM信号。

3.如权利要求2所述的装置，还包括逆变器，用于基于所述PWM信号改变施加至所述线性压缩机的马达的电压和频率。

4.如权利要求1所述的装置，其中当根据所述相位差拐点检测信号检测到相位差拐点时，所述相位差拐点检测单元输出用以保持当前冲程命令值的控制信号。

5.如权利要求1所述的装置，其中当根据所述相位差拐点检测信号没有检测到相位差拐点时，所述相位差拐点检测单元输出用以增大当前冲程命令值的控制信号。

6.如权利要求2所述的装置，其中所述PWM信号生成单元分析所述频率变化信号，并且当分析结果为所述相位差大于预设范围时，生成用以增大频率的PWM信号。

7.如权利要求2所述的装置，其中所述PWM信号生成单元分析所述频率变化信号，并且当分析结果为所述相位差小于预设范围时，生成用以减小频率的PWM信号。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述控制单元用于计算所述冲程的速度，从而检测所述速度和所述电流之间的相位差，并且将所检测到的相位差与参考相位差相比较，从而基于比较结果输出频率变化信号或相位差拐点检测信号；

其中当所检测到的相位差处于预设范围内时，所述控制单元输出相位差拐点检测信号；以及

其中当所检测到的相位差没有处于预设范围内时，所述控制单元输出频率变化信号。

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