CN109270364B - 一种压缩机参数在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种压缩机参数在线检测方法，通过获取压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线，以得到电源的有功功率和无功功率，通过能量平衡原则，可计算得到压缩机电磁力系数。本发明是一种压缩机参数在线检测方法，其电压曲线、电流曲线和位移曲线分别是通过电压传感器、电流传感器和位移传感器以获取的，其检测方便快捷，可实现压缩机的在线检测，并能够准确、实时地检测直线振荡电机及直线压缩机这类装置的电磁力系数参数，通过上述该方法可快速测量该类装置生产线上样机电磁力系数，进行样机性能优劣的判定及性能分析，从而以提高其生产线上产品的质量。

Description

一种压缩机参数在线检测方法

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，更具体地，涉及一种压缩机参数在线检测方法。

背景技术

随着经济的迅猛发展，节能与环保意识的深入人心，新能效标准的推行，具有高效节能的线性压缩机，已成为电冰箱等小型制冷装置用新一代高效压缩机的发展方向。

线性压缩机采用直线电机驱动，由于省去了旋转运动转换为往复运动的传动机构，因此线性压缩机具有效率高、结构紧凑、体积小的特点。由于直线电机的电磁驱动力方向始终与活塞的运动方向在同一直线上，活塞将不存在径向力或径向力非常小，极大地减少了活塞的摩擦功耗和磨损，延长了压缩机的使用寿命，易于实现无油润滑。可以灵活的调整活塞行程也使压缩机更易于实现变容量调节。

而电磁力系数和电机效率是反映动磁式直线振荡电机性能优劣的两个主要参数。电磁力系数K₀是线性压缩机系统中最重要的一个参数，其表征直线振荡电机单位电流的电磁力大小的物理量，电磁力系数K₀既是力学平衡方程中由磁场变化产生轴向推力的效率指标，又是电路平衡方程中由运动产生反电动势的系数，是连接两个方程的关键点。因此，K₀又被称为机电耦合系数。该系数对于表征压缩机运行状态的动力学参数计算至关重要，同时也表征单位电流所能产生的电磁力的大小，直观地反映了电机性能的好坏。

实际生产过程中，由于材料和装配精度造成的偏差有可能会对电机该参数特性产生较大的影响，因此，如何准确、实时地实现对压缩机电磁力系数的在线监测，进行调整修改，是提高直线振荡电机及直线压缩机性能的关键。

发明内容

本发明提供一种压缩机参数在线检测方法，以解决现有技术无法实现在产品生产线上对直线震荡电机或直线压缩机进行准确实时检测的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种压缩机参数在线检测方法，包括：

步骤S1，基于压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线，分别获取压缩机电压有效值、压缩机电流有效值、压缩机位移有效值、电源有功功率和电源无功功率；

步骤S2，基于能量平衡原则，通过所述压缩机电压有效值、压缩机电流有效值、压缩机位移有效值、电源有功功率和电源无功功率，获取压缩机电磁力系数。

在上述方案基础上优选，所述步骤S1进一步包括：

步骤S1.1，基于所述压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线，分别获取压缩机电压幅值、压缩机电流幅值、压缩机位移幅值和压缩机的电流相位与压缩机的电压相位的相位差；

步骤S1.2，根据所述压缩机电压幅值、压缩机电流幅值和压缩机位移幅值，以获取所述压缩机电压有效值、压缩机电流有效值和压缩机位移有效值；

步骤S1.3，基于压缩机电压幅值、压缩机电流幅值和压缩机的电流相位与压缩机的电压相位的相位差，以得到电源有功功率和电源无功功率。

在上述方案基础上优选，所述步骤S1.2进一步包括：

步骤S1.1.1，基于压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线，利用数值积分计算获取压缩机电压幅值、压缩机电流幅值和压缩机位移幅值；

步骤S1.1.2，基于压缩机的电压曲线和压缩机的电流曲线，获取所述压缩机的电流相位与压缩机的电压相位的相位差。

在上述方案基础上优选，所述步骤S1.1.1中所述压缩机电压幅值计算公式为：

所述压缩机电流幅值计算公式为：

所述压缩机位移幅值计算公式为：

其中，U_m表示压缩机的电压幅值，u_k表示时间周期T内任意一点时间压缩机的电压值，Δt表示数据采集时间间隔，T表示数据采集周期，I_m表示压缩机的电流幅值，i_k表示时间周期T内任意一点时间压缩机的电流值，X_m表示压缩机的位移幅值，x_k表示时间周期T内任意一点时间压缩机的位移值，k表示一个数据采集周期中第k点时间节点，n一个数据采集周期内时间节点的个数。

在上述方案基础上优选，所述步骤S1.3中所述压缩机电压有I效值的计算公式为：

所述压缩机电流有效值：

所述压缩机位移有效值：

其中，U表示压缩机的电压有效值，U_m表示压缩机的电压幅值，I_m表示压缩机的电流幅值，I表示压缩机的电流有效值；X_m表示压缩机的位移幅值，X表示压缩机的位移有效值。

在上述方案基础上优选，所述步骤S1.1.2进一步包括：

步骤S1.1.2.1，对压缩机的电压曲线和压缩机的电流曲线分别采样，以获取电压采样点和电流采样点；

步骤S1.1.2.2，基于傅里叶分解算法，通过所述电压采样点和电流采样点以得到压缩机的电压相位及压缩机电流相位；

步骤S1.1.2.1，基于压缩机的电压相位及压缩机电流相位，以得到所述压缩机的电流相位与压缩机的电压相位的相位差。

在上述方案基础上优选，所述步骤S1.1.2进一步包括：

基于所述压缩机的电压曲线和压缩机的电流曲线，利用过零法、三角函数法或最小二乘法，得到压缩机的电压相位与压缩机的电流相位的相位差。

在上述方案基础上优选，所述步骤S1.4中电源的有功功率的计算公式为：

P＝UI cos(Φ_u-Φ_i)；

电源的无功功率的计算公式：

Q＝UI sin(Φ_u-Φ_i)；

其中，P表示电源的有功功率，U表示采样点压缩机的电压有效值，I表示采样点压缩机的电流有效值，Φ_u表示压缩机的电压相位，Φ_i表示压缩机的电流相位。

在上述方案基础上优选，所述步骤S2的压缩机电磁力系数计算公式为：

且Φ_ui＝Φ_u-Φ_i；

其中，K₀表示压缩机参数电磁力系数，U表示采样点压缩机的电压有效值，I表示采样点压缩机的电流有效值，Φ_ui表示压缩机的电压和压缩机的电流之间相位差,R_e表示电机等效电阻，ω表示压缩运行角频率，L_e表示压缩机等效电感，C表示外加电容的电容值，X_m表示压缩机的位移幅值；Φ_u表示压缩机的电压相位，Φ_i表示压缩机的电流相位。

在上述方案基础上优选，所述步骤S1.1的所述压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线获取方式为：

分别利用电压传感器、电流传感器和位移传感器以获取压缩机运行时的电压曲线、电流曲线和位移曲线。

本发明的一种压缩机参数在线检测方法，通过获取压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线，以得到电源的有功功率和无功功率，通过能量平衡原则，可计算得到压缩机电磁力系数。

本发明是一种压缩机参数在线检测方法，其电压曲线、电流曲线和位移曲线分别是通过电压传感器、电流传感器和位移传感器以获取的，其检测方便快捷，可实现压缩机的在线检测，并能够准确、实时地检测直线振荡电机及直线压缩机这类装置的电磁力系数参数，通过上述该方法可快速测量该类装置生产线上样机电磁力系数，进行样机性能优劣的判定及性能分析，从而以提高其生产线上产品的质量。

附图说明

图1为本发明的线性压缩机机电系统的模拟电路图；

图2为本发明的一种压缩机参数在线检测方法的流程图；

图3为本发明的一种压缩机参数在线检测方法的步骤S1详细流程图；

图4为本发明的一种压缩机参数在线检测方法的步骤S1.2详细流程图；

图5为本发明的一种压缩机参数在线检测方法的步骤S1.1.2详细详细流程图；

图6为本发明的线性压缩机机电系统的数据采集结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

为了便于详细了解本发明的技术方案，请参阅图1所示，为本发明的线性压缩机机电系统的电回路类比模型。

如图1所示，本发明的线性压缩机主要有两部分消耗，一部分为是电源所消耗的，另一部分为压缩机的电机所消耗的。

根据图1所示的电路原理图，对压缩机有功功率及压缩机无功功率构成的能量平衡方程可表示为：

其中，P为电源输入有功功率，Q为电源输入无功功率，U为电压有效值，I为电流有效值，θ_ui电压和电流之间相位差，R_e为电机等效电阻；Le为电机等效电感；K₀为电机电磁力系数；c_s为压缩机等效阻尼系数，k_s为压缩机等效弹簧刚度，m为电机动子质量，ω为电机运行角频率，C为外加电容的电容值，V为压缩机活塞运动的速度有效值。

基于上述的公式，可以得知，当获取电源电压、电源电流、电机等效电阻、电机速度的有效值及电流与电压之间相位差，便可以计算得到电机电磁力系数值，故基于这个原理，本发明提供了如下的压缩机在线检测方法。

请参阅图2所示，本发明提供了一种压缩机参数在线检测方法，包括：

步骤S1，基于压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线，分别获取压缩机电压有效值、压缩机电流有效值、压缩机位移有效值、电源有功功率和电源无功功率；

步骤S2，基于能量平衡原则，通过所述压缩机电压有效值、压缩机电流有效值、压缩机位移有效值、电源有功功率和电源无功功率，获取压缩机电磁力系数。

请继续参阅图3所示，上述的步骤S1进一步包括：

步骤S1.1，基于所述压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线，分别获取压缩机电压幅值、压缩机电流幅值、压缩机位移幅值和压缩机的电流相位与压缩机的电压相位的相位差；

步骤S1.2，根据所述压缩机电压幅值、压缩机电流幅值和压缩机位移幅值，以获取所述压缩机电压有效值、压缩机电流有效值和压缩机位移有效值；

步骤S1.3，基于压缩机电压幅值、压缩机电流幅值和压缩机的电流相位与压缩机的电压相位的相位差，以得到电源有功功率和电源无功功率。

而本发明的步骤S1.1中的压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线分别利用电压传感器、电流传感器和位移传感器以获取的。

其中，详细包括：分别利用电压传感器、电流传感器和激光位移传感器测试得到一个周期内的压缩机运行时的电压值、电流值和位移值，分别记为u_k＝[u₁,u₂,……,u_n]、i_k＝[i₁,i₂,……,i_n]及x_k＝[x₁,x₂,……,x_n]，其中，数据采样时间间隔为Δt，u_k表示一个周期T内的电压值集合，i_k表示一个周期T内的电流值集合，x_k表示一个周期T内的位移值集合。其中具体结构测量结构图请常见图6所示。

当然，本发明所获取的电压曲线、电流曲线和位移曲线也可以是多个周期的，比如，对多个周期(mT)内电压、电流及位移的离散数据点进行数据采集，数据采样时间间隔Δt，分别记为u_k＝[u₁,u₂,……,u_m]、i_k＝[i₁,i₂,……,i_m]及x_k＝[x₁,x₂,……,x_m]。

请继续参阅图4所示，本发明的步骤S1.2进一步包括：

步骤S1.1.1，基于压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线，利用数值积分计算获取压缩机电压幅值、压缩机电流幅值和压缩机位移幅值；

步骤S1.1.2，基于压缩机的电压曲线和压缩机的电流曲线，获取所述压缩机的电流相位与压缩机的电压相位的相位差。

其中，步骤S1.2.1压缩机电压幅值计算公式为：

所述压缩机电流幅值计算公式为：

所述压缩机位移幅值计算公式为：

其中，U_m表示压缩机的电压幅值，u_k表示时间周期T内任意一点时间压缩机的电压值，Δt表示数据采集时间间隔，T表示数据采集周期，I_m表示压缩机的电流幅值，i_k表示时间周期T内任意一点时间压缩机的电流值，X_m表示压缩机的位移幅值，x_k表示时间周期T内任意一点时间压缩机的位移值，k表示一个数据采集周期中第k点时间节点，n一个数据采集周期内时间节点的个数。

进一步的，步骤S1.3中所述压缩机电压有I效值的计算公式为：

即

压缩机电流有效值：

即

压缩机位移有效值：

即

其中，U表示压缩机的电压有效值，U_m表示压缩机的电压幅值，I_m表示压缩机的电流幅值，I表示压缩机的电流有效值；X_m表示压缩机的位移幅值，X表示压缩机的位移有效值。

需要说明的是，本发明还提供了一种获取压缩机电流有效值和压缩机的电压有效值方法：

即采用傅里叶分解算法计算幅值。具体方法为：对压缩机的电压、电流和位移，分别进行数据采样，以获取压缩机的电压采样点、电流采样点和位移采样点，采用傅里叶分解算法取一阶分量分别得到压缩机的电压幅值U_m、压缩机的电流的幅值I_m以及压缩机的位移幅值X_m，

则电压有效值：

电流有效值：

位移有效值：

在本发明的另一优选实施例中，请参阅图5所示，本发明的步骤S1.1.2进一步包括：

步骤S1.1.2.1，对压缩机的电压曲线和压缩机的电流曲线分别采样，以获取电压采样点和电流采样点；

步骤S1.1.2.2，基于傅里叶分解算法，通过所述电压采样点和电流采样点以得到压缩机的电压相位及压缩机电流相位；

步骤S1.1.2.3，基于压缩机的电压相位及压缩机电流相位，以得到所述压缩机的电流相位与压缩机的电压相位的相位差。

其中，本发明步骤S1.1.2进一步包括：

基于所述压缩机的电压曲线和压缩机的电流曲线，利用过零法、三角函数法或最小二乘法，得到压缩机的电压相位与压缩机的电流相位的相位差。

在本发明的另一优选实施例中，本发明的步骤S1.4中电源的有功功率的计算公式为：

P＝UI cos(Φ_u-Φ_i)；

电源的无功功率的计算公式：

Q＝UI sin(Φ_u-Φ_i)；

其中，P表示电源的有功功率，U表示采样点压缩机的电压有效值，I表示采样点压缩机的电流有效值，Φ_u表示压缩机的电压相位，Φ_i表示压缩机的电流相位。

作为本发明的另一优选实施例，步骤S2包括：

通过压缩机的电压曲线和压缩机的电流曲线，基于利用过零法、三角函数法或最小二乘法，得到压缩机的电压和压缩机的电流之间相位差，获取电源的有功功率和无功功率，其中，

其中，基于电源的有功功率计算公式：

可以得到，步骤S2中电源的有功功率的计算公式为：

P＝UI cosΦ_ui；

基于电源的无功功率计算公式：

可以得到，步骤S2中电源的无功功率的计算公式：

Q＝UI sinΦ_ui；

其中，P表示电源的有功功率，U表示采样点压缩机的电压值，I表示采样点压缩机的电流值，Φ_ui表示压缩机的电压和压缩机的电流之间相位差。

进一步的，基于电机消耗的有功功率可表示为：

P_motor＝R_eI²；

电机消耗的无功功率可以表示为：

并基于能量平衡原则，则可计算得到压缩机参数电磁力系数

可以得到，步骤S3的压缩机电磁力系数计算公式为：

或表示为

其中，K₀表示压缩机参数电磁力系数，U表示采样点压缩机的电压值，I表示采样点压缩机的电流值，Φ_ui表示压缩机的电压和压缩机的电流之间相位差,R_e表示电机等效电阻，ω表示压缩运行角频率，L_e表示压缩机等效电感，C表示外加电容的电容值，X_m表示压缩机的位移幅值，P_motor表示电机消耗的有功功率，Q_motor表示电机消耗的无功功率。

本发明的一种压缩机参数在线检测方法，通过获取压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线，以得到电源的有功功率和无功功率，通过能量平衡原则，可计算得到压缩机电磁力系数。

本发明是一种压缩机参数在线检测方法，其电压曲线、电流曲线和位移曲线分别是通过电压传感器、电流传感器和位移传感器以获取的，其检测方便快捷，可实现压缩机的在线检测，并能够准确、实时地检测直线振荡电机及直线压缩机这类装置的电磁力系数参数，通过上述该方法可快速测量该类装置生产线上样机电磁力系数，进行样机性能优劣的判定及性能分析，从而以提高其生产线上产品的质量。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压缩机参数在线检测方法，其特征在于，包括：

步骤S1，基于压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线，分别获取压缩机电压有效值、压缩机电流有效值、压缩机位移有效值、电源有功功率和电源无功功率；

步骤S2，基于能量平衡原则，通过所述压缩机电压有效值、压缩机电流有效值、压缩机位移有效值、电源有功功率和电源无功功率，获取压缩机电磁力系数；

所述步骤S1进一步包括：

步骤S1.1，基于所述压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线，分别获取压缩机电压幅值、压缩机电流幅值、压缩机位移幅值和压缩机的电流相位与压缩机的电压相位的相位差；

步骤S1.2，根据所述压缩机电压幅值、压缩机电流幅值和压缩机位移幅值，以获取所述压缩机电压有效值、压缩机电流有效值和压缩机位移有效值；

步骤S1.3，基于压缩机电压幅值、压缩机电流幅值和压缩机的电流相位与压缩机的电压相位的相位差，以得到电源有功功率和电源无功功率；

所述步骤S1.1进一步包括：

步骤S1.1.1，基于压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线，利用数值积分计算获取压缩机电压幅值、压缩机电流幅值和压缩机位移幅值；

步骤S1.1.2，基于压缩机的电压曲线和压缩机的电流曲线，获取所述压缩机的电流相位与压缩机的电压相位的相位差；

所述步骤S1.1.1中所述压缩机电压幅值计算公式为：

所述压缩机电流幅值计算公式为：

所述压缩机位移幅值计算公式为：

其中，U_m表示压缩机的电压幅值，u_k表示时间周期T内任意一点时间压缩机的电压值，Δt表示数据采集时间间隔，T表示数据采集周期，I_m表示压缩机的电流幅值，i_k表示时间周期T内任意一点时间压缩机的电流值，X_m表示压缩机的位移幅值，x_k表示时间周期T内任意一点时间压缩机的位移值，k表示一个数据采集周期中第k点时间节点，n一个数据采集周期内时间节点的个数。

2.如权利要求1所述的一种压缩机参数在线检测方法，其特征在于，在所述步骤S1.2中，

所述压缩机电压有效值的计算公式为：

所述压缩机电流有效值：

所述压缩机位移有效值：

其中，U表示压缩机的电压有效值，U_m表示压缩机的电压幅值，I_m表示压缩机的电流幅值，Ι表示压缩机的电流有效值；X_m表示压缩机的位移幅值，X表示压缩机的位移有效值。

3.如权利要求1所述的一种压缩机参数在线检测方法，其特征在于，所述步骤S1.1.2进一步包括：

步骤S1.1.2.1，对压缩机的电压曲线和压缩机的电流曲线分别采样，以获取电压采样点和电流采样点；

步骤S1.1.2.2，基于傅里叶分解算法，通过所述电压采样点和电流采样点以得到压缩机的电压相位及压缩机电流相位；

步骤S1.1.2.3，基于压缩机的电压相位及压缩机电流相位，以得到所述压缩机的电流相位与压缩机的电压相位的相位差。

4.如权利要求1所述的一种压缩机参数在线检测方法，其特征在于，所述步骤S1.1.2进一步包括：

基于所述压缩机的电压曲线和压缩机的电流曲线，利用过零法、三角函数法或最小二乘法，得到压缩机的电压相位与压缩机的电流相位的相位差。

5.如权利要求1所述的一种压缩机参数在线检测方法，其特征在于，所述步骤S1.3中电源的有功功率的计算公式为：

P＝UIcos(Φ_u-Φ_i)；

电源的无功功率的计算公式：

Q＝UIsin(Φ_u-Φ_i)；

其中，P表示电源的有功功率，U表示采样点压缩机的电压有效值，I表示采样点压缩机的电流有效值，Φ_u表示压缩机的电压相位，Φ_i表示压缩机的电流相位。

6.如权利要求4所述的一种压缩机参数在线检测方法，其特征在于，所述步骤S2的压缩机电磁力系数计算公式为：

且Φ_ui＝Φ_u-Φ_i；

其中，K₀表示压缩机参数电磁力系数，U表示采样点压缩机的电压有效值，I表示采样点压缩机的电流有效值，Φ_ui表示压缩机的电压和压缩机的电流之间相位差,R_e表示电机等效电阻，ω表示压缩运行角频率，L_e表示压缩机等效电感，C表示外加电容的电容值，X_m表示压缩机的位移幅值；Φ_u表示压缩机的电压相位，Φ_i表示压缩机的电流相位。

7.如权利要求4所述的一种压缩机参数在线检测方法，其特征在于，所述步骤S1.1的所述压缩机的电压曲线、电流曲线和位移曲线获取方式为：

分别利用电压传感器、电流传感器和位移传感器以获取压缩机运行时的电压曲线、电流曲线和位移曲线。

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