CN1194174C - 用于检测线性压缩机冲程抖动的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于检测线性压缩机的冲程抖动的装置及其方法。压缩机的控制装置包括：冲程/电流相位差计算器，用于使用通过增加和减少因线性压缩机产生的电压引起的冲程而确定的冲程和电流，计算冲程和电流的相位差；相位差变化量计算器，用于使用所计算的冲程和电流的相位差计算相位差变化量；冲程抖动检测器，用于把所计算的相位差变化量与用于确定是否检测冲程抖动的参考值进行比较，从而确定冲程抖动；以及冲程控制器，用于接收来自冲程抖动检测器的冲程抖动检测信号，并根据由用户控制温度而确定的所需冷却容量的大小改变冲程电压，从而在线性压缩机的工作中控制线性压缩机的驱动。

Description

用于检测线性压缩机冲程抖动的装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测线性压缩机冲程抖动的装置，具体涉及以下用于检测线性压缩机冲程抖动的装置及其方法，即该装置能够通过使用冲程和电流的相位差的变化量来检测冲程抖动，从而在最大效率点操作线性压缩机。
背景技术
通常，压缩机增加制冷剂蒸汽的压力，以使由蒸发器蒸发的制冷剂蒸汽能够容易凝结。制冷剂在制冷器内循环，重复凝结和蒸发的过程，并且因压缩机的工作而把热量从冷处带到热处。
使用的压缩机有各种类型。然而，最有效的压缩机是线性压缩机。线性压缩机通过活塞压缩蒸汽，活塞在气缸内作往复运动，从而增加压力。当线性压缩机在制冷器或空调器内使用时，可通过改变提供给线性压缩机的冲程电压来改变压缩比，从而控制可变冷却容量。
图1是示出常规线性压缩机的控制装置的结构的方框图。
如图1所示，线性压缩机的控制装置包括：线性压缩机30，用于通过改变因活塞的往复运动引起的冲程来控制冷却容量(当1Kg的制冷剂一边蒸发一边经过蒸发器并执行冷却操作时，由周围环境带走的热值)，活塞的往复运动是由冲程电压根据最初冲程参考值引起的，冷却容量的单位是Kcal/Kg；电压/电流检测器40，用于当冲程随冲程电压而增加时，检测由线性压缩机30产生的电压和电流；冲程计算器50，它利用从电压/电流检测器40检测的电压和电流来计算冲程；比较器10，用于在预定时刻接收由冲程计算器50计算的冲程参考值以及接收最初冲程参考值，把冲程参考值与最初冲程参考值进行比较，并输出比较信号；以及冲程控制器20，用于根据比较器的比较信号增加或减少冲程电压，并把冲程电压提供给线性压缩机30。
以下将参照图1，对在根据常规技术的线性压缩机内，用于检测冲程抖动的装置的工作原理进行说明。
当冲程电压根据由用户设置的最初冲程参考值输出时，冲程随着线性压缩机30的气缸内的活塞的往复运动而变化。因此，气缸内的制冷剂气体通过排放阀排放到凝结器，从而控制线性压缩机的冷却容量。此时，电压/电流检测器40在当冲程随着冲程控制器20的冲程电压而增加时，检测由线性压缩机30产生的电压和电流，并把所检测的电压和电流输入到冲程计算器50。然后，冲程计算器50使用由电压/电流检测器40检测的电压和电流，在预定时刻计算冲程，并把计算值输出到比较器10。
冲程采用下列公式计算。
式中，α、VM、Rac和
Figure C0113963100072
分别是指把电动力转化为机械力的常数，电动机两端之间的电压，由电阻引起的损耗值，例如铜损和铁芯损耗，以及提供给电动机内的电感器的电压。
比较器10把在预定时刻接收的从冲程计算器50输出的冲程与用户设置的最初冲程参考值进行比较，并把比较值输入到冲程控制器。冲程控制器20根据比较值改变冲程电压，并把冲程电压提供给线性压缩机30。
此时，当在预定时刻接收的由冲程计算器50计算的冲程小于最初冲程参考值时，冲程控制器20增加冲程电压；并且当在预定时刻接收的冲程大于最初冲程参考值时，冲程控制器20减少冲程电压，从而控制提供给线性压缩机30的冲程电压。
冲程控制器20获得在线性压缩机30的前一冲程值和预定时刻接收的冲程值之间的差值，并当该差值不小于用于确定是否检测冲程抖动的参考值时，确定冲程抖动(这是当如果在干扰即电压或噪声变化不存在的状态下，由特定冲程提供相同输入时，活塞性能因压缩机特性而变得不稳定所发生的现象)。冲程控制器20获得在由线性压缩机30产生的前一电流与在预定时刻接收的电流之间的差值，并当该差值不小于用于确定是否检测冲程抖动的参考值时，确定冲程抖动。因此，冲程控制器20增加或减少提供给线性压缩机30的冲程电压。
也就是说，当在因用户控制温度而需要大冷却容量的空调器或制冷器内检测冲程抖动时，冲程控制器20增加冲程电压，以使线性压缩机30正好在冲程抖动的区域上方工作。当在需要小冷却容量的情况下检测冲程抖动时，冲程控制器20减少冲程电压，以使线性压缩机30正好在冲程抖动的区域下方工作。
然而，根据常规线性压缩机的控制装置，由于外部电压或外部噪声的变化，无法找到压缩机工作的最大效率点，外部电压或外部噪声的变化并非由压缩机特性引起，因为冲程抖动是通过冲程或电流的变化量来检测。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供下列一种用于检测线性压缩机冲程抖动的装置及其方法，该装置能够通过冲程和电流的相位差的变化量来检测冲程抖动，从而防止线性压缩机因外部电压或外部噪声的变化而出现误操作。
本发明的另一目的是提供下列一种用于检测线性压缩机冲程抖动的装置及其方法，该装置能够通过电压和电流的相位差的变化量来检测冲程抖动，从而防止线性压缩机因外部电压或外部噪声的变化而出现误操作。
本发明的又一目的是提供一种用于检测线性压缩机冲程抖动的装置及其方法，该装置能够通过速度和电流的相位差的变化量来检测冲程抖动，从而防止线性压缩机因外部电压或外部噪声的变化而出现误操作。
为获得这些和其他优点并根据本发明的目的，正如本文所具体包含和全面说明的那样，提供了一种压缩机的控制装置，该控制装置包括：冲程/电流相位差计算器，用于使用通过增加和减少因线性压缩机产生的电压引起的冲程而确定的冲程和电流，计算冲程和电流的相位差；相位差变化量计算器，用于使用所计算的冲程和电流的相位差计算相位差变化量；冲程抖动检测器，用于把所计算的相位差变化量与用于确定是否检测冲程抖动的参考值进行比较，从而确定冲程抖动；以及冲程控制器，用于接收来自冲程抖动检测器的冲程抖动检测信号，并根据由用户控制温度而确定的所需冷却容量的大小改变冲程电压，从而在线性压缩机的工作中控制线性压缩机的驱动。
本发明提供了一种用于检测线性压缩机冲程抖动的方法，该方法包括下列步骤：(a)使用冲程和电流的相位差计算相位差变化量；(b)把所计算的相位差变化量的绝对值与用于确定是否检测冲程抖动的参考值进行比较；以及(c)通过步骤(b)确定冲程抖动，根据由用户控制温度确定的所需冷却容量的大小改变冲程电压，以及驱动线性压缩机。
通过以下结合附图对本发明进行的详细说明，将对本发明的上述和其他目的、特点、方面和优点有更加清楚的了解。
附图说明
附图包含在本文中以便于进一步了解本发明，并且纳入本说明书并构成本说明书的一部分。这些附图不仅显示本发明的实施例，而且还与说明书一起用来阐明本发明的原理。
在附图中：
图1是示出用于控制常规线性压缩机冲程的装置的结构的方框图；
图2是示出用于控制根据本发明的线性压缩机冲程的装置的结构的方框图；
图3是示出用于控制根据本发明的线性压缩机冲程的方法的操作的流程图；
图4示出用于控制根据本发明的线性压缩机冲程的装置的另一实施例的结构；
图5示出用于控制根据本发明的线性压缩机冲程的装置的又一实施例的结构；以及
图6示出用于检测图2的冲程抖动的冲程/电流相位差的波形。
具体实施方式
图2是示出用于控制根据本发明的线性压缩机冲程的装置的结构的方框图。用于控制线性压缩机冲程的装置包括：冲程/电流相位差计算器300，它利用因线性压缩机100产生的电压而引起的冲程增加和减少来确定的冲程和电流，计算冲程和电流的相位差；相位差变化量计算器400，它使用所计算的冲程和电流的相位差来计算相位差变化量；抖动检测器500，用于把所计算的相位差变化量与用于确定是否检测冲程抖动的参考值进行比较，从而确定冲程抖动；以及冲程控制器600，用于接收来自冲程抖动检测器500的冲程抖动检测信号，并根据由用户控制温度而确定的所需冷却容量的大小改变冲程电压，从而在线性压缩机100的工作中控制线性压缩机100的驱动。
以下将参照附图3，对用于检测根据本发明的线性压缩机的冲程抖动的装置的工作和功效进行说明。
图3是示出用于控制根据本发明的线性压缩机冲程的方法的操作流程图。
活塞通过所提供的冲程电压作上下运动，以使上死点(TDC)变为‘0’，从而在最大效率点驱动线性压缩机100。因此，冲程变化，并且冷却容量受控。
此时，冲程/电流检测器200在当冲程随冲程电压而增加时，使用由线性压缩机100产生的电压和电流计算冲程/电流，并输出所计算的冲程/电流。
冲程/电流相位差计算器300接收从冲程/电流检测器200输出的冲程/电流，并在与冲程和电流相对应的时刻检测冲程/电流的相位差。
相位差变化量计算器400通过从上次检测的冲程/电流的相位差中反复减去在预定时刻检测的冲程/电流的相位差，计算第一、第二和第三相位差变化量Pha-Δ1、Pha-Δ2和Pha-Δ3(ST1至ST3)。
冲程抖动检测器500确定由相位差变化量计算器400计算的第一相位差变化量Pha-Δ1的绝对值是否大于参考值(即用于确定是否检测冲程抖动的参考值)(ST4)。当第一相位差变化量Pha-Δ1的绝对值大于参考值时，冲程抖动检测器500确定由相位差变化量计算器400计算的第二相位差变化量Pha-Δ2是否大于参考值(ST5)。当第二相位差变化量Pha-Δ2的绝对值大于参考值时，冲程抖动检测器500确定由相位差变化量计算器400计算的第三相位差变化量Pha-Δ3是否大于参考值(ST6)。当第一、第二和第三相位差变化量Pha-Δ1、Pha-Δ2和Pha-Δ3均大于参考值时，冲程抖动检测器500确定线性压缩机100处于冲程抖动状态，检测冲程抖动度，并把冲程抖动检测信号输入到冲程控制器600(ST7)。
如上所述，通过把第一、第二和第三相位差变化量Pha-Δ1、Pha-Δ2和Pha-Δ3与用于确定是否检测冲程抖动的参考值进行比较，检测冲程抖动。相位差变化量的检测次数是三次，这是用于检测冲程抖动的最少次数，并且是通过实验验证的最佳次数。
然而，可通过四次、五次或更多次检测相位差变化量，并且把所检测的相位差变化量与参考值进行比较，从而更合适地确定冲程抖动度。
冲程控制器600在线性压缩机100的最初驱动时，利用最初冲程参考值来控制线性压缩机100的驱动，并且在接收来自冲程抖动检测器500的冲程抖动检测信号时，根据所需冷却容量的大小改变冲程电压，从而控制线性压缩机100的驱动。
例如，当线性压缩机100因用户控制温度而需要大冷却容量时，冲程控制器600增加冲程电压，以使线性压缩机100可正好在冲程抖动区域的上方被驱动。当线性压缩机100需要小冷却容量时，冲程控制器600减少冲程电压，以使线性压缩机100可正好在冲程抖动区域的下方被驱动。因此，线性压缩机100可在最大效率点被驱动。
当第一、第二和第三相位差变化量Pha-Δ1、Pha-Δ2和Pha-Δ3均不大于参考值时，可确定线性压缩机100被稳定驱动。因此，根据用于检测线性压缩机100的冲程的方法，所有控制操作都被终止。
冲程控制器600确定线性压缩机100是否需要大冷却容量，并且如果因用户控制温度而需要大冷却容量(ST8)，则冲程控制器增加冲程电压，以使线性压缩机100可正好在冲程抖动区域的上方被驱动(ST9)。
当线性压缩机100不满足上述条件时，也就是说，当线性压缩机100需要小冷却容量时，冲程控制器600减少冲程电压，以使线性压缩机100可正好在冲程抖动区域的下方被驱动(ST10)，从而在最大效率点驱动线性压缩机100。根据用于检测线性压缩机100的冲程的方法，所有控制操作都被终止。
在上述过程中，使用冲程和电流的相位差以便检测冲程抖动。然而，如图4所示，可使用电压和电流的相位差。而且，如图5所示，还可使用速度(活塞速度)和电流的相位差。
图4示出根据本发明的用于控制线性压缩机冲程的装置的另一实施例。电压/电流相位差计算器300使用由线性压缩机100产生并由电压/电流检测器40检测的电压和电流计算电压和电流的相位差。
图5示出根据本发明的用于控制线性压缩机冲程的装置的又一实施例。电压/电流相位差计算器300利用线性压缩机内的活塞速度以及由线性压缩机100产生并由电压/电流检测器40检测的电流计算电压和电流的相位差。
活塞速度采用下列公式计算。
式中，VM、Rac和
Figure C0113963100132
分别是指电动机两端的电压，因电阻引起的损耗值，例如铜损和铁芯损耗，以及提供给电动机内的电感器的电压。
使用由上述两种方法计算的相位差计算相位差变化量，检测冲程抖动，以及控制线性压缩机。这些过程与图3中所述过程相同。在这些过程中所用的装置与图2中所示装置相同。
图6示出用于检测图2的冲程抖动的冲程/电流相位差的波形。
如图6所示，随着时间推移冲程和电流的相位差因冲程抖动而变化。也就是说，当提供均匀冲程时，活塞性能因压缩机特性而变得不稳定。
因此，如上所述，当线性压缩机100被驱动时，相位差变化量计算器400从上次检测的冲程和电流的相位差中反复减去在预定时刻检测的冲程和电流的相位差，并计算预定的相位差变化量Pha-Δ1、Pha-Δ2和Pha-Δ3。冲程抖动检测器500把所计算的相位差变化量与参考值进行比较，从而确定线性压缩机100的冲程抖动的状态。
因此，根据本发明，可通过冲程和电流的相位差的变化量检测冲程抖动，在最大效率点操作线性压缩机，从而防止线性压缩机因外部电压或噪声的变化而出现误操作。

Claims (14)

1.一种压缩机的控制装置，其特征在于，它包括：
冲程/电流检测器，用于当冲程随冲程电压而增加和减少时，利用由线性压缩机产生的电压和电流计算冲程/电流，并输出所计算的冲程/电流；
冲程/电流相位差检测器，它利用从冲程/电流检测器接收的冲程和电流，检测冲程和电流的相位差；
相位差变化量计算器，它使用所检测的冲程和电流的相位差来计算相位差变化量；
冲程抖动检测器，它把所计算的相位差变化量与用于确定是否检测冲程抖动的参考值进行比较，从而确定冲程抖动；以及
冲程控制器，用于接收来自冲程抖动检测器的冲程抖动检测信号，并根据由负荷变化确定的所需冷却容量的大小改变所提供的电压，从而在线性压缩机的工作过程中控制线性压缩机的驱动。
2.一种压缩机的控制装置，其特征在于，它包括：
电压/电流检测器，用于检测由线性压缩机产生的电压和电流；
电压/电流相位差检测器，它使用电压和电流来计算电压和电流的相位差；
相位差变化量计算器，它使用所检测的冲程和电流的相位差计算相位差变化量；
冲程抖动检测器，用于把所计算的相位差变化量与用于确定是否检测冲程抖动的参考值进行比较，从而确定冲程抖动；以及
冲程控制器，用于接收来自冲程抖动检测器的冲程抖动检测信号，并根据由负荷变化确定的所需冷却容量的大小改变所提供的电压，从而在线性压缩机的工作过程中控制线性压缩机的驱动。
3.一种压缩机的控制装置，其特征在于，它包括：
速度/电流检测器，用于检测线性压缩机内的活塞速度以及由线性压缩机产生的电流；
速度/电流相位差计算器，它利用速度和电流来计算速度和电流的相位差；
相位差变化量计算器，它利用所检测的速度和电流的相位差计算相位差变化量；
冲程抖动检测器，用于把所计算的相位差变化量与用于确定是否检测冲程抖动的参考值进行比较，从而确定冲程抖动；以及
冲程控制器，用于接收来自冲程抖动检测器的冲程抖动检测信号，并根据由负荷变化确定的所需冷却容量的大小改变所提供的电压，从而在线性压缩机的工作过程中控制线性压缩机的驱动。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，相位差变化量计算器从上次由相位差检测器检测的冲程和电流的相位差中减去所检测的冲程和电流的相位差，从而计算第一、第二和第三相位差变化量。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，第一相位差变化量是通过从所检测的冲程和电流的相位差中减去第一冲程和电流的相位差来计算的。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，第二相位差变化量是通过从第一冲程和电流的相位差中减去第二冲程和电流的相位差来计算的。
7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，第三相位差变化量是通过从第二冲程和电流的相位差中减去第三冲程和电流的相位差来计算的。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当由相位差变化量计算器计算的第一、第二和第三相位差变化量均大于参考值时，冲程抖动检测器确定线性压缩机处于冲程抖动的状态，检测冲程抖动度，并把冲程抖动检测信号输出到冲程控制器。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当线性压缩机需要大冷却容量时，冲程控制器增加冲程电压，以使线性压缩机可正好在线性压缩机冲程抖动区域的上方被驱动，并且当线性压缩机需要小冷却容量时，冲程控制器减少冲程电压，以使线性压缩机可正好在线性压缩机冲程抖动区域的下方被驱动，从而在最大效率点操作线性压缩机。
10.一种用于检测线性压缩机冲程抖动的方法，包括下列步骤：
(a)使用冲程和电流的相位差计算相位差变化量；
(b)把所计算的相位差变化量的绝对值与用于确定是否检测冲程抖动的参考值进行比较；以及
(c)通过步骤(b)确定冲程抖动，根据由用户控制温度而确定的所需冷却容量的大小改变冲程电压，并驱动线性压缩机。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括下列步骤：
(a1)通过从冲程和电流的相位差中减去第一冲程和电流的相位差，计算第一相位差变化量；
(a2)通过从第一冲程和电流的相位差中减去第二冲程和电流的相位差，计算第二相位差变化量；以及
(a3)通过从第二冲程和电流的相位差中减去第三冲程和电流的相位差，计算第三相位差变化量。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括下列步骤：
(c1)把相位差变化量与参考值按顺序进行比较，并确定相位差变化量的绝对值是否大于参考值；
(c2)当所有相位差变化量的绝对值都大于参考值时，确定冲程抖动发生，并输出冲程抖动检测信号；以及
(c3)接收冲程抖动检测信号，根据由用户控制温度而确定的所需冷却容量的大小改变冲程电压，并控制线性压缩机的工作。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(c2)还包括下列步骤，即：当所有相位差变化量的绝对值都不大于参考值时，根据用于检测冲程抖动的方法，终止线性压缩机的控制操作。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(c3)还包括下列步骤：
确定线性压缩机当前所需的冷却容量的大小；
当线性压缩机需要由用户控制温度而确定的大冷却容量时，增加冲程电压，以使线性压缩机可正好在冲程抖动区域的上方被驱动；以及
当线性压缩机需要小冷却容量时，减少冲程电压，以使线性压缩机可正好在冲程抖动区域的下方被驱动。
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