CN102220982B - 单转子压缩机转矩补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单转子压缩机转矩补偿方法及装置，通过：检测模块检测单转子压缩机中冷媒的状态参数；收集模块利用所述状态参数得到对应的补偿角度和补偿幅度；波形生成模块利用所述补偿角度和补偿幅度生成三角波补偿波形；执行模块启动所述三角波补偿波形对所述单转子压缩机进行转矩补偿。本发明提出的一种单转子压缩机转矩补偿方法及装置，在转矩补偿环节考虑了补偿角度和补偿幅度，采用三角波而不是正弦波的补偿波形，降低了单转子压缩机运行时的震动，提高了压缩机的使用性能。

Description

单转子压缩机转矩补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及压缩机领域，尤其涉及一种单转子压缩机转矩补偿方法及装置。

背景技术

单转子压缩机由于结构简单，广泛应用于各种制冷系统中，例如低成本的空调系统中。单转子压缩机运行时，由于在每个旋转周期中，压缩机气缸内压力不断发生变化从而导致加载在转子上的力矩也相应发生变化，而控制单元的速度调节器总是有一定的滞后，以及转子重心的偏移，使压缩机产生了机械振动，特别是在低频时，造成了压机转速波动，从而影响压缩机的性能。

为解决该问题，一般的做法是引入前馈转矩补偿的办法，在转矩补偿环节主要有3个参数需要考虑：1、补偿角度；2、补偿幅度；3、补偿波形。

目前广泛采用的方法是：补偿相位角和补偿幅度都使用固定常数，补偿波形采用正弦波。而这与压缩机实际工作状况是不符合的，不符合压缩机运动规律，从而使压缩机性能没有达到最佳的状态。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能使单转子压缩机运行时震动小的单转子压缩机转矩补偿方法及装置。

本发明提出一种单转子压缩机转矩补偿方法，包括以下步骤：

检测所述单转子压缩机中冷媒的状态参数；

利用所述状态参数得到对应的补偿角度和补偿幅度；

利用所述补偿角度和补偿幅度生成三角波补偿波形；

启动所述三角波补偿波形对所述单转子压缩机进行转矩补偿。

优先的，所述检测所述单转子压缩机中冷媒的状态参数具体包括：

检测所述单转子压缩机中冷媒的蒸发温度和冷凝温度以及压缩机进气口温度。

优先的，所述利用所述蒸发温度、冷凝温度和进气口温度得到对应的补偿角度和补偿幅度的具体步骤为：

利用所述蒸发温度、冷凝温度得进气口压强、排气口压强；

利用所述进气口温度、进气口压强得对应的熵值和进气腔比体积；

利用所述熵值和排气口压强得对应的排气腔比体积；

根据公式Vout＝Vin*vout/vin计算得排气腔体积Vout，其中Vin为吸气腔体积、vout为排气腔比体积、vin为吸气腔比体积；

利用所述排气腔体积得对应的补偿角度；

将所述补偿角度转换为第一角度；

根据公式T＝1.41*(Pout-Pin)(1-cosb)得补偿幅度T，其中Pout为排气口压强、Pin为进气口压强、b为第一角度。

优先的，利用查表法得进气口压强、排气口压强、熵值、进气腔比体积、排气腔比体积、补偿角度、第一角度。

优先的，所述利用所述补偿角度和补偿幅度绘制三角波补偿波形的具体步骤为：

以转子位置角为横轴、转矩值为纵轴建立坐标系；

在所述坐标系内以所述补偿角度和补偿幅度为顶点生成三角波补偿信号。

本发明提出一种单转子压缩机转矩补偿装置，包括检测模块、收集模块、波形生成模块和执行模块，其中：

检测模块用于检测所述单转子压缩机中冷媒的状态参数；

收集模块用于利用所述状态参数得到对应的补偿角度和补偿幅度；

波形生成模块用于利用所述补偿角度和补偿幅度生成三角波补偿波形；

执行模块用于启动所述三角波补偿波形对所述单转子压缩机进行转矩补偿。

优先的，所述检测模块具体用于检测所述单转子压缩机中冷媒的蒸发温度和冷凝温度以及压缩机进气口温度。

优先的，所述收集模块具体用于：

利用所述蒸发温度、冷凝温度得进气口压强、排气口压强；

利用所述进气口温度、进气口压强得对应的熵值和进气腔比体积；

利用所述熵值和排气口压强得对应的排气腔比体积；

根据公式Vout＝Vin*vout/vin计算得排气腔体积Vout，其中Vin为吸气腔体积、vout为排气腔比体积、vin为吸气腔比体积；

利用所述排气腔体积得对应的补偿角度；

将所述补偿角度转换为第一角度；

根据公式T＝1.41*(Pout-Pin)(1-cosb)得补偿幅度T，其中Pout为排气口压强、Pin为进气口压强、b为第一角度。

优先的，所述收集模块利用查表法得进气口压强、排气口压强、熵值、进气腔比体积、排气腔比体积、补偿角度、第一角度。

优先的，所述波形生成模块具体用于：

以转子位置角为横轴、转矩值为纵轴建立坐标系；

在所述坐标系内以所述补偿角度和补偿幅度为顶点生成三角波补偿信号。

本发明所述的一种单转子压缩机转矩补偿方法及装置，在转矩补偿环节主要考虑了补偿角度和补偿幅度，采用三角波而不是正弦波的矢量控制方式，其更符合压缩机运动规律，因此降低了单转子压缩机运行时的震动，提高了压缩机的使用性能。

附图说明

图1是本发明实施例中单转子压缩机横截面示意图；

图2为本发明实施例一种单转子压缩机转矩补偿方法流程图；

图3是本发明实施例中利用状态参数得到对应的补偿角度和补偿幅度方法流程图；

图4是本发明实施例中利用所述补偿角度和补偿幅度生成三角波补偿波形的方法流程示意图；

图5是本发明实施例中一种单转子压缩机转矩补偿装置示意图。

为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的技术方案是通过检测单转子压缩机中冷媒的蒸发温度和冷凝温度以及压缩机进气口温度来得到转矩补偿角度和补偿幅度，然后生成三角波补偿波形对单转子压缩机进行转矩补偿，其更符合压缩机运动规律，降低了单转子压缩机运行时的震动。

图1是本发明实施例中单转子压缩机横截面示意图，如图所示，图中大圆O为单转子压缩机的汽缸体，小圆B为转子，转子以O点为轴沿图中所示方向在汽缸体内壁上滚动旋转，图中CD所在位置连接有一曲轴，其末端连接在摆动转子上，曲轴通过一弹簧使单转子压缩机在压缩气体时排气腔保持密封。

如图所示，当压缩机排气腔压力大于等于排气压力时，排气口打开，此时负载转矩最大，此时力矩大小决定了补偿幅度，此时转子所在位置决定了对应的补偿角度AOC，转子在旋转过程中的力矩曲线就是应该补偿的力矩形状。

在单转子压缩机工作时，在每个旋转周期内的压缩过程和释放过程中，吸气腔体积Vin为压缩机气缸的实际容积，即图中大圆O和小圆B之间的月牙状区域，因此吸气腔体积Vin可根据压缩腔的具体结构得到，在压缩过程中时，图中月牙状区域容积变小，排气腔内压力升高，当压力大于等于排气口压力Pout时，排气口打开，开始释放过程，此时排气腔体积Vout如图中ACD区域所示

定义压缩机中冷媒进气口状态参数为：进气口压强Pin，进气口温度Tin，压缩机的压缩过程为等熵过程，即：

$\∫\frac{\mathrm{Cp}}{T}\mathrm{dTin}-R\·\mathrm{InPin}=\∫\frac{\mathrm{Cp}}{T}\mathrm{dTout}-R\·\mathrm{InPout}$

由上式可得到排气腔体积Vout，并根据排气腔体积Vout的另一计算公式：

$\mathrm{Vout}=(\frac{\mathrm{\π}{\·R}^2}{2\·\mathrm{\π}}\·a-\frac{\mathrm{\π}\·r^2}{2\·\mathrm{\π}}\·b-S_{\mathrm{OBC}})\·h,$

其中a为补偿角度即图中角AOC，b为图中角ABC，定义为第一角度(下同)；

可得补偿角度a；

a与b的关系为：L(OC)sina＝L(BC)sinb，

其中L(OC)为图中OC的长度；L(BC)为图中BC的长度，即小圆B的半径；

则当排气口打开时，此时转矩的计算公式为：

$T={\∫}_0^b(\mathrm{Pout}-\mathrm{Pin})\·r\·(R-r)\·\sin c\·\mathrm{hdc}$

其中R为大圆O的半径，，即汽缸的半径OA，r为小圆B的半径，即转子的半径BA，h为压缩机汽缸的高度，c为角ABE。

因此，补偿角度a和补偿幅度T与压缩机进气口压强Pin和排气口压强Pout相关，其值跟随变化，具体的力矩波形为近似的三角波。

根据以上原理，可得本发明一实施例一种单转子压缩机转矩补偿方法，如图2所示，包括以下步骤：

S1：检测单转子压缩机中冷媒的状态参数；

其中状态参数可为压缩机进气口压强Pin，进气口温度Tin也可为能根据以上原理得到压缩机转矩补偿时对应的补偿角度和补偿幅度的其他状态参数，在本实施例中，是通过检测单转子压缩机中冷媒的蒸发温度和冷凝温度以及压缩机进气口温度Tin，通过利用查表法得到对应的进气口压强Pin和排气压强Pout来得到压缩机转矩补偿时对应的补偿角度a和补偿幅度T。

具体的，针对一具体的单转子压缩机，如本实施中型号为：瑞智39A23VPZ&5JKE压缩机，已知该压缩机吸气腔体积Vin(即汽缸体积)和如图1所示的汽缸半径OA＝5cm和转子半径BA＝4.7cm；

以及经过测试得到的不同工况下空调系统压缩机中冷媒R410A的具体状态参数如表1所示；

表1：

S2：利用状态参数得到对应的补偿角度和补偿幅度；

如图3所示，其中步骤S2具体包括以下步骤：

S21：利用蒸发温度、冷凝温度得进气口压强Pin、排气口压强Pout；

通过在上述步骤中检测得到的不同工况条件下对应冷媒的蒸发温度和冷凝温度和如表2中的R410A压强和温度经验值对照表，可通过查表法从空调蒸发温度和冷凝温度中得出其对应的进气口压强Pin和排气口压强。

表2：

温度℃	-30	-25	-20	-15	-10	0	5
								压强MPa	0.27	0.33	0.40	0.48	0.58	0.80	0.94
温度℃	10	20	30	40	50	55
								压强MPa	1.09	1.45	1.90	2.44	3.08	3.45

S22：利用进气口温度Tin、进气口压强Pin得对应的熵值S和进气腔比体积vin；

利用如表3中进气口温度Tin(℃)、进气口压强Pin(Kpa)和进气熵值S关系表，通过查表法可得对应的进气熵值Sin；

表3：

利用如表4中进气口温度Tin(℃)、进气口压强Pin(Kpa)和进气腔比体积vin关系表，通过查表法可得对应的进气腔比体积vin；

表4：

S23：利用熵值S和排气口压强Pout得对应的排气腔比体积；

压缩机的压缩过程为等熵过程，即排气熵值Sout等于进气熵值Sin。利用表3查得的熵值S以及表2查得得排气口压强Pout，然后利用如表5中排气口压强Pout、排气熵值S和排气腔比体积vout关系表，通过查表法可得对应的排气腔比体积vout；

表5：

S24：根据公式Vout＝Vin*vout/vin计算得排气腔体积Vout，其中Vin为吸气腔体积、vout为排气腔比体积、vin为吸气腔比体积；

S25：利用排气腔体积Vout得对应的补偿角度a；

利用如表6中所示的排气腔体积Vout与补偿角度a(角度定义如图1所示，即角AOC)关系表，通过查表法可得对应的补偿角度a；

表6：

Vout	0.5mL	1mL	1.5mL	2mL	2.5mL	3mL	4mL	6mL	8mL
										a	73	94	110	124	136	147	168	209	260

S26：将补偿角度a转换为第一角度b；

第一角度b的定义为图一所示角ABC，利用如表7中所示的补偿角度a和第一角度b关系表，通过查表法可得对应的第一角度b；

表7：

a	0	20	40	60	80	100	120	140	160
										b	0	21.253	42.350	63.169	83.606	103.6	123.17	142.35	161.25
a	180	200	220	240	260	280	300	320	340
										b	180	198.76	217.66	236.83	256.39	276.39	296.84	317.65	338.74

S27：根据公式T＝1.41*(Pout-Pin)(1-cosb)得补偿幅度T，其中Pout为排气口压强、Pin为进气口压强、b为第一角度。

S3：利用补偿角度和补偿幅度生成三角波补偿波形；

如图4所示，通过步骤S2中得到的补偿角度a和补偿幅度T可生成三角波补偿波形对单转子压缩机进行转矩补偿，其中步骤S3具体包括以下步骤：

S31：以转子位置角为横轴、转矩值为纵轴建立坐标系；

S32：在坐标系内以补偿角度和补偿幅度为顶点生成三角波补偿信号。

在转子每个旋转周期内，补偿波形为三角波，其顶点为步骤S2中得到的补偿角度a和补偿幅度T，底边对应补偿周期。

S4：启动三角波补偿波形对单转子压缩机进行转矩补偿。

本发明一实施例还提出一种单转子压缩机转矩补偿装置，如图5所示，包括检测模块、收集模块、波形生成模块和执行模块，其中：

检测模块用于检测单转子压缩机中冷媒的蒸发温度和冷凝温度以及压缩机进气口温度；

收集模块用于：

利用检测得到的冷媒蒸发温度、冷凝温度得压缩机进气口压强、排气口压强；

利用进气口温度、进气口压强查表得对应的熵值和进气腔比体积；

利用熵值和排气口压强查表得对应的排气腔比体积；

根据公式Vout＝Vin*vout/vin计算得排气腔体积Vout，其中Vin为吸气腔体积、vout为排气腔比体积、vin为吸气腔比体积；

利用排气腔体积查表得对应的补偿角度；

查表将补偿角度转换为第一角度；

根据公式T＝1.41*(Pout-Pin)(1-cosb)得补偿幅度T，其中Pout为排气口压强、Pin为进气口压强、b为第一角度。

波形生成模块用于以转子位置角为横轴、转矩值为纵轴建立坐标系，然后在坐标系内以补偿角度和补偿幅度为顶点生成三角波补偿信号。

执行模块用于启动三角波补偿波形对单转子压缩机进行转矩补偿。

本发明实施例中的一种单转子压缩机转矩补偿方法及装置，通过检测单转子压缩机中冷媒的蒸发温度和冷凝温度以及压缩机进气口温度，然后利用查表法得进气口压强、排气口压强、熵值、进气腔比体积、排气腔比体积、补偿角度、第一角度，从而生成三角波力矩补偿信号，但本发明并不限于用查表法获得以上数据，也可利用公式传递对应的函数运算获得所需数据。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种单转子压缩机转矩补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测所述单转子压缩机中冷媒的状态参数，所述状态参数包括蒸发温度和冷凝温度以及压缩机进气口温度；

利用所述状态参数得到对应的补偿角度和补偿幅度；

利用所述补偿角度和补偿幅度生成三角波补偿波形；

启动所述三角波补偿波形对所述单转子压缩机进行转矩补偿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述蒸发温度、冷凝温度和进气口温度得到对应的补偿角度和补偿幅度的具体步骤为：

利用所述蒸发温度、冷凝温度得进气口压强、排气口压强；

利用所述进气口温度、进气口压强得对应的熵值和吸气腔比体积；

利用所述熵值和排气口压强得对应的排气腔比体积；

根据公式Vout=Vin*vout/vin计算得排气腔体积Vout，其中Vin为吸气腔体积、vout为排气腔比体积、vin为吸气腔比体积；

利用所述排气腔体积得对应的补偿角度；

将所述补偿角度转换为第一角度；

根据公式T=1.41*（Pout-Pin）（1-cosb）得补偿幅度T，其中Pout为排气口压强、Pin为进气口压强、b为第一角度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用查表法得进气口压强、排气口压强、熵值、吸气腔比体积、排气腔比体积、补偿角度、第一角度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述利用所述补偿角度和补偿幅度绘制三角波补偿波形的具体步骤为：

以转子位置角为横轴、转矩值为纵轴建立坐标系；

在所述坐标系内以所述补偿角度和补偿幅度为顶点生成三角波补偿信号。

5.一种单转子压缩机转矩补偿装置，其特征在于，包括检测模块、收集模块、波形生成模块和执行模块，其中：

检测模块用于检测所述单转子压缩机中冷媒的状态参数，所述状态参数包括蒸发温度和冷凝温度以及压缩机进气口温度；

收集模块用于利用所述状态参数得到对应的补偿角度和补偿幅度；

波形生成模块用于利用所述补偿角度和补偿幅度生成三角波补偿波形；

执行模块用于启动所述三角波补偿波形对所述单转子压缩机进行转矩补偿。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述收集模块具体用于：

利用所述蒸发温度、冷凝温度得进气口压强、排气口压强；

利用所述进气口温度、进气口压强得对应的熵值和吸气腔比体积；

利用所述熵值和排气口压强得对应的排气腔比体积；

根据公式Vout=Vin*vout/vin计算得排气腔体积Vout，其中Vin为吸气腔体积、vout为排气腔比体积、vin为吸气腔比体积；

利用所述排气腔体积得对应的补偿角度；

将所述补偿角度转换为第一角度；

根据公式T=1.41*（Pout-Pin）（1-cosb）得补偿幅度T，其中Pout为排气口压强、Pin为进气口压强、b为第一角度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述收集模块利用查表法得进气口压强、排气口压强、熵值、吸气腔比体积、排气腔比体积、补偿角度、第一角度。

8.根据权利要求5-7任一项所述的装置，其特征在于，所述波形生成模块具体用于：

以转子位置角为横轴、转矩值为纵轴建立坐标系；

在所述坐标系内以所述补偿角度和补偿幅度为顶点生成三角波补偿信号。

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