CN1196861C - 控制压缩机的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

在一种控制压缩机的装置和方法中，通过将冲程参考值设定成小于最大负载状态下的最大冲程值，并使往复式压缩机稳定地操作，可防止往复式压缩机受损坏、减小马达设计时的成本并在设计马达时缩小马达的尺寸。

Description

控制压缩机的装置和方法
技术领域
本发明涉及压缩机，尤其涉及一种控制压缩机的装置和方法，即便在最大负载的状态下也能使压缩机具有最佳效率。
背景技术
一般来说，因为线性压缩机不包括将旋转运动转换为线性运动的曲轴，所以线性压缩机的电阻消耗比普通压缩机中的电阻消耗小，从而在压缩效率方面要比普通压缩机优良。
当将线性压缩机用于冰箱或空调时，可通过改变施加到线性压缩机上的电压来改变线性压缩机的压缩比，从而控制冰箱或空调的制冷能力。下面将参照附图1来描述上述线性压缩机。
图1是一方框图，表示了控制线性压缩机的装置的结构。
如图1所示，控制线性压缩机的装置包括一个线性压缩机13、一个电压和电流检测单元15、一个冲程计算单元14、一个比较器11和一个冲程控制器12。该线性压缩机13根据冲程参考值通过输入输送到内部马达的电压来改变内部冲程(未示出)，并通过上下移动一内部活塞来调节制冷能力；该电压和电流检测单元15检测根据冲程变化在线性压缩机13中产生的电压和电流；该冲程计算单元14利用检测到的电压和电流计算冲程；比较器11被输入计算的冲程和冲程参考值，将这两个冲程进行比较并输出比较值；该冲程控制器12根据该比较值增大或减小输入到马达上的电压。下面将详细描述控制线性压缩机的装置的操作。
首先，线性压缩机13被输入一个输送到马达上的电压，并根据由用户设定的冲程参考值改变冲程，根据冲程的变化通过上下移动活塞来调节制冷能力。在这里，冲程意味着压缩机13的活塞在进行往复运动时移动的距离。
电压和电流检测单元15根据由施加到马达上的电压引起的冲程增加来检测线性压缩机13中产生的电压和电流，并向冲程计算单元14输出检测到的电压和电流。
冲程计算单元14利用检测到的电压和电流计算实际冲程。更详细地说，实际冲程和活塞的速度可用马达的电感、马达常数、检测到的电流和电压来计算。可用下面的等式1来描述：
速度＝Vm-RacI-L(di/dt)，冲程＝(1/α)∫(速度)dt——等式1
在这里，Vm是线性压缩机马达两端检测到的电压，I是施加到马达上的电流，L是马达的电感，α是马达常数。在这里，马达常数是马达将电能转变为机械能的常量，并且该常量已在设计马达时确定好了。
然后，向比较器11输入冲程参考值和在冲程计算单元14中计算的冲程值，将比较值施加给冲程控制器12。在这里，冲程控制器12根据比较值改变施加到马达上的电压，并将改变的电压输出给线性压缩机13。
当冲程计算单元14计算的冲程小于冲程参考值时，冲程控制器12增大输入到马达中的电压，而当冲程计算单元14计算的冲程大于冲程参考值时，冲程控制器12减小输入到马达中的电压。
同时，在线性压缩机的操作中，线性压缩机13中会出现最大负载，当向线性压缩机13开始施加电能时最大负载便产生了。下面将参考附图2进行描述。
图2是一波形图，表示了现有技术中线性压缩机的初始操作。
如图2所示，在冰箱的电源开关刚打开10分钟后，线性压缩机13便承载最大负载，之后，负载逐渐减小。
因此，即便是一个不正常操作也会破坏内部马达，所以在设计线性压缩机13的内部马达(未示出)时必须考虑最大负载。
不过，若在设计马达时考虑了最大负载，则会提高马达设计的成本，增大马达的尺寸。
相反，若设计马达时不考虑最大负载，则当马达不能承受负载时，电通量饱和现象会连续发生，因此会损坏线性压缩机。
如上所述，在现有技术中的线性压缩机中，当设计马达不考虑最大负载时，马达承受不了负载，电通量饱和现象连续发生，因此会损坏线性压缩机。
此外，在现有技术中的线性压缩机中，当设计马达考虑最大负载时，提高了设计马达的成本。
另外，在现有技术中的线性压缩机中，当设计马达考虑最大负载时，增大了马达的尺寸。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种控制压缩机的装置和方法，即使在最大负载的情况下也能使线性压缩机发挥最佳效率。
为了实现上述目的，在通过输入电能来控制马达的装置中，本发明提供了一种控制压缩机的装置，它包括一个最大冲程值确定单元和一个线性往复式压缩机，该最大冲程值确定单元通过将最大冲程值与实际冲程值相比较来改变并输出预先储存的冲程参考值，该线性往复式压缩机根据改变的冲程参考值控制施加到内部马达上的电能。
为了实现上述目的，在通过输入电能来控制马达的方法中，本发明提供了一种控制压缩机的方法，该方法通过将最大冲程值与实际冲程值相比较来输出一个比较值，根据该比较值改变预先储存的冲程值，以及根据改变的冲程参考值来控制输入到马达中的电压。
附图说明
图1是一方框图，表示了控制普通线性压缩机的装置的结构。
图2是一波形图，表示了现有技术中普通线性压缩机的初始操作中的负载。
图3是一方框图，表示了本发明的用来控制往复式压缩机的装置的结构。
图4是一流程图，表示了本发明用来控制往复式压缩机的方法。
图5是一波形图，表示了本发明在控制往复式压缩机的冲程过程中的最大负载和制冷速度。
具体实施方式
在下文中，将参照附图3-5详细描述用于冰箱或空调的往复式压缩机。
图3是一方框图，表示了本发明的用于控制往复式压缩机的装置的结构。
如图3所示，本发明控制往复式压缩机的装置包括一个最大冲程值确定单元21、一个往复式压缩机24、一个电压和电流检测单元26、一个冲程计算单元25、一个比较器22和一个冲程控制器23。该最大冲程值确定单元21通过输入施加到往复式压缩机马达上的电能来将预先储存的最大冲程值(Max ST)与实际冲程值(Stroke Value)相比较，并通过改变预先储存的冲程参考值(Ref ST)输出一个冲程参考值(VarST)以便不大于最大冲程值(Max ST)，或按照原状输出冲程参考值(RefST)；该往复式压缩机24通过根据冲程参考值(Ref ST)和改变的冲程参考值(Var ST)输入施加到马达上的电压来改变内部冲程，并通过上下移动内部活塞来调节制冷能力；该电压和电流检测单元26检测根据冲程变化在往复式压缩机24中产生的电压和电流；该冲程计算单元25利用检测到的电压和电流计算实际冲程值；该比较器22将计算的冲程值与冲程参考值(Ref ST)相比较并输出比较值；该冲程控制器23根据该比较值来增大或减小施加到马达上的电压。下面将详细描述本发明的控制往复式压缩机的装置的操作。
首先，在往复式压缩机24的马达的初始操作中，为了防止往复式压缩机24的马达承载最大负载的情况，最大输入冲程值确定单元21将预先储存的最大冲程值(Max ST)与实际冲程值(Stroke Value)相比较，并通过比较器22和冲程控制器23根据比较值将改变成不大于最大冲程值(Max ST)的冲程参考值(Var ST)输出到往复式压缩机24。在这里，最大冲程值(Max ST)可为马达承载最大负载时所检测和储存的电能、电压、电流、电压和电流之间的相差、冲程值、电流的相位值、马达(冲程)的速度或加速度中的一个。当马达承载最大负载时。冲程值变化至最大限度。在这里，当向往复式压缩机24施加电能时产生最大负载。
同时，在往复式压缩机24的马达(未示出)的初始操作结束后，最大冲程值确定单元21按照原状输出冲程参考值(Ref ST)。在这里，冲程参考值(Ref ST)意味着将冲程值改变为参考值的值。
之后，往复式压缩机24根据改变的冲程参考值(Var ST)通过输入输送到马达上的电压来改变冲程，并通过上下移动活塞来调节制冷能力。
相反，在往复式压缩机24的马达(未示出)的初始操作结束后，往复式压缩机24根据冲程参考值(Ref ST)通过输入输送到马达上的电压来改变内部冲程，并根据改变的冲程通过上下移动活塞来调节制冷能力。
之后，电压和电流检测单元26根据实际冲程值(冲程值)随输入到马达上的电压的增大或减小(变化)检测往复式压缩机24中产生的电压和电流，并将检测到的电压和电流输出到冲程计算单元25。
冲程计算单元25利用由电压和电流检测单元26检测到的电压和电流来计算实际冲程值。
之后，向比较器22输入冲程参考值(Ref ST)和冲程计算单元25计算的冲程值，将二者相比较，并将比较值输出到冲程控制器23。
冲程控制器23根据比较值改变输入到马达上的电压，并将改变的电压输出到往复式压缩机的马达上。在这里，当冲程计算单元25计算的冲程小于冲程参考值(Ref ST)时，冲程控制器23增大输入到马达上的电压。相反，当计算的冲程大于冲程参考值(Ref ST)时，冲程控制器23便减小输入到马达上的电压。
因此，当将往复式压缩机24用于冰箱或空调，而且冰箱或空调处于初始操作中时，往复式压缩机24的损坏便这样得到防止，即控制输入到往复式压缩机24中的冲程参考值(Ref ST)，使之总是小于马达处于最大负载情况下的最大冲程值(Max ST)。下面将参照附图4进行更详细的描述。在这里，下面来描述往复式压缩机24受损坏的一个原因。当往复式压缩机的马达承载外部负载(最大负载)极限时，为了能承受得住负载，输送到马达上的电流便连续增大。在这里，冲程随着输送到马达上的电流急剧增加，因此往复式压缩机24的活塞或阀会被损坏。此外，往复式压缩机24的马达会被消磁，或者马达的线圈会被烧掉。在这里，消磁意味着失去磁性。
图4是一流程图，表示了本发明控制往复式压缩机的方法。
首先，如步骤S31所示，往复式压缩机24的最大冲程值(Max ST)被设定和储存。在这里，最大冲程值(Max ST)是当马达承载最大负载时输入到马达上的电能，该电能被事先检测和储存，当马达承载最大负载时冲程值可改变至最大限度。
接着，如步骤S32所示，冲程参考值(Ref ST)被设定和储存为某一值。在这里，如步骤S33和S34所示，通过利用最大冲程值(Max ST)和冲程参考值(Ref ST)来设定和储存第一和第二冲程极限值(limST-1)、(lim ST-2)。在这里，第一冲程极限值(lim ST-1)是通过从最大冲程值(Max ST)中减去某一值而计算的值。相反，第二冲程极限值(lim ST-2)是通过从最大冲程值(Max ST)中减去该值两倍的值而计算的值。
在这里，最大冲程值(Max ST)、第一和第二冲程极限值(lim ST-1)、(lim ST-2)和冲程参考值(Ref ST)可储存在一个用于控制往复式压缩机24的控制单元(未示出)的存储器(未示出)中。
之后，在往复式压缩机24的马达(未示出)的初始操作中，将实际冲程值与最大冲程值(Max ST)相比较。为了防止马达到达最大负载，改变第一和第二冲程极限值(lim ST-1)、(lim ST-2)以及冲程参考值(RefST)。更详细地说，检测和储存输入到最大负载状态下的马达中的电流，通过检查输入到马达中的电流是否大于/小于输入到最大负载状态下马达中的电流，判断往复式压缩机的最大输入条件。
例如，如步骤S35所示，判断实际冲程值是否大于第一冲程极限值(lim ST-1)。在这里，实际冲程值是通过由电压和电流检测单元26检测到的电压和电流计算的。
当实际冲程值大于第一冲程极限值(lim ST-1)时，如步骤S36所示，通过减小冲程参考值(Ref ST)来控制往复式压缩机24的初始操作。更详细地说，输入到往复式压缩机24的马达中的电压和电流被减小。
之后，如步骤S37所示，判断实际冲程值是否小于第一和第二冲程极限值(lim ST-1)、(lim ST-2)。
当实际冲程值小于第一和第二冲程极限值(lim ST-1)、(lim ST-2)时，如步骤S38所示，比较实际冲程值是否与冲程参考值(Ref ST)相同。在这里，当冲程参考值(Ref ST)不同于实际冲程值(In ST)时，如步骤S39所示，通过增大冲程参考值(Ref ST)来控制往复式压缩机24的操作。更详细地说，输入到往复式压缩机的马达中的电压和电流被增大。
之后，进行一般性的冲程控制。更详细地说，通过检测输入到往复式压缩机24的马达中的电压和电流来计算实际冲程值，将计算得到的实际冲程值与冲程参考值(Ref ST)相比较，反复进行改变输入到往复式压缩机24马达中的电压和电流的操作，以便使计算的实际冲程值与冲程参考值(Ref ST)相同。
例如，如步骤S41所示，判断计算的冲程值(Cal ST)是否大于冲程参考值(Ref ST)。在这里，当计算的冲程值(Cal ST)大于冲程参考值(Ref ST)时，如步骤S42所示，输入到马达中的电压和电流被减小。相反，当计算的冲程值(Cal ST)小于冲程参考值(Ref ST)时，如步骤S40所示，输入到马达中的电压和电流被增大。
图5是一波形图，表示了本发明控制往复式压缩机的冲程过程中的最大负载和制冷速度。
如图5所示，波形图A和B是表示往复式压缩机24操作中的最大负载的图表。
如图5所示，在波形图A中，冲程参考值(Ref ST)在最大负载(最大冲程值)状态下不改变，而在本发明的波形图B中冲程参考值(Ref ST)改变，以便小于最大负载(最大冲程值)。更详细地说，在波形图A中，因为在最大负载状态下的马达中出现了电通量饱和现象并且马达会被损坏，所以在本发明的波形图B中，冲程被改变。
在这里，下面列举了出现电通量饱和现象的多项理由。首先，根据一定量的电通量，往复式压缩机24的马达产生电能，并且往复式压缩机24的活塞借助电能进行上下的往复运动。更详细地说，电通量越随着电流量的增加而增加，马达产生的电能也就越多。例如，在设计马达时，确定在马达中流动的电通量的最大量，即便输送大量的电流，但量值超过所确定的电通量的电流不会流到马达中。更详细地说，尽管连续增加电流，由于马达设计的原因，电通量的量值不会增加(使活塞移动的电能也不会增加)，这称之为电通量饱和现象。
同时，如图5所示，波形图C和D是表示冰箱制冷速度的图表。更详细地说，波形图C表示的是将马达的制冷速度设计成提高冰箱的制冷速度的波形图，而波形图D表示的是本发明中冲程的变化，以防止在最大负载状态下由于如电通量饱和现象等引起的往复式压缩机的损坏。更详细地说，因为当安装后冰箱的开关第一次打开时，最大负载在往复式压缩机中仅出现一次，所以无需按波形图C设计马达。
因此，当在本发明中按照波形图D控制往复式压缩机24时，因为冰箱的制冷速度在初始操作中下降，而在初始操作后提高，所以马达设计的成本就减小了，马达的尺寸也得以减小。
如上所述，本发明控制往复式压缩机的装置和方法可通过将冲程参考值设定成小于最大负载状态下的最大冲程值，并使往复式压缩机稳定地操作，从而防止往复式压缩机受损坏。
此外，本发明控制往复式压缩机的装置和方法可通过将冲程参考值设定成小于最大负载状态下的最大冲程值，并使往复式压缩机稳定地操作，来减小马达设计时的成本。
另外，本发明控制往复式压缩机的装置和方法可通过将冲程参考值设定成小于最大负载状态下的最大冲程值，并使往复式压缩机稳定地操作，来减小马达的尺寸。

Claims (14)

1.在通过输入电能来控制马达的装置中，一种用于控制压缩机的装置，其特征在于，它包括：
一个最大冲程值确定单元，它将最大冲程值与实际冲程值相比较，改变预先储存的冲程参考值并将该改变的冲程参考值输出；
一个压缩机，它根据该改变的冲程参考值来控制输入到内部马达上的电压。
2.如权利要求1所述的控制压缩机的装置，其特征在于，该最大冲程值是当马达承载最大负载时所检测并储存的电能、电压和/或电流、电压和电流之间的相差、冲程值、电流的相位值和马达冲程的速度或加速度中的一个。
3.如权利要求1所述的控制压缩机的装置，其特征在于，该冲程参考值被改变成不大于最大冲程值。
4.如权利要求1所述的控制压缩机的装置，其特征在于，该最大冲程值确定单元将该预先储存的冲程参考值改变成不大于马达初始操作中的最大冲程值。
5.如权利要求1所述的控制压缩机的装置，其特征在于，该最大冲程值确定单元按照原状输出冲程参考值。
6.如权利要求1所述的控制压缩机的装置，其特征在于，该压缩机通过控制输入到马达上的电压来改变内部冲程。
7.一种通过输入电能来控制马达的方法，该方法包括：
将最大冲程值与实际冲程值相比较并输出一个比较值；
根据该比较值改变预先储存的冲程参考值；
根据该改变的冲程参考值来控制输入到马达上的电压。
8.如权利要求7所述的控制马达的方法，其特征在于，该马达是往复式压缩机。
9.如权利要求7所述的控制马达的方法，其特征在于，用于输出该比较值的输出操作包括的步骤有：
设定并储存该最大冲程值；
将该冲程参考值设定并储存为某一值；
利用该最大冲程值和冲程参考值来设定第一和第二冲程极限值；
将该第一和第二冲程极限值与实际冲程值相比较，并输出一个比较值。
10.如权利要求9所述的控制马达的方法，其特征在于，改变操作包括的步骤有：
当实际冲程值大于第一冲程极限值时，减小冲程参考值；
当实际冲程值小于第一冲程极限值时，增大冲程参考值。
11.如权利要求9所述的控制马达的方法，其特征在于，该第一冲程极限值是从该最大冲程值中减去某一值而计算的值。
12.如权利要求9所述的控制马达的方法，其特征在于，该第二冲程极限值是从该最大冲程值中减去某一值而计算的值。
13.如权利要求7所述的控制马达的方法，其特征在于，用于控制电压的控制操作包括的步骤有：
将该实际冲程值与该冲程参考值相比较；
当该实际冲程值大于该冲程参考值时减小输入到马达上的电压，而当该实际冲程值小于该冲程参考值时增大输入到马达上的电压。
14.如权利要求7所述的控制马达的方法，其特征在于，该最大冲程值是当马达承载最大负载时所检测并储存的电能、电压和/或电流、电压和电流之间的相差、冲程值、电流的相位值和马达冲程的速度或加速度中的一个。
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