CN1267644C - 往复运动式压缩机的运转控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种随着负荷的变化来改变活塞行程及冲程的往复运动式压缩机的运转控制装置及方法，解决现有控制装置及方法不够精确和改变负荷时会出现活塞磨损及碰撞的问题。其控制装置中负荷检测部件的输入跨接于双向可控硅开关两端，输出接入第一比较器一输入端，第一比较器另输入端接负荷极限值储存部件，其输出接冲程指令值设定器一输入端，指令值设定器另输入端接行程/冲程储存部件；二输入端跨接于压缩机进电端的冲程检测部件其输出接第二比较器的输入端，第二比较器另一输入端接于冲程指令值设定器输出端，其输出接冲程控制部件输入端，最后输出接至双向可控硅开关的控制极。其控制方法包括负荷检测、设定、比较、控制阶段。

Description

往复运动式压缩机的运转控制装置及方法

技术领域

本发明属压缩机控制技术领域，特别是关于随着负荷大小的变化改变压缩机行程的往复运动式压缩机的运转控制装置及方法。

背景技术

一般来说往复运动式压缩机是用转换开关将接于其电机定子线圈的电源改变成间歇式电源来进行控制的。

图1为现有往复运动式压缩机的运转控制装置的电路图。如图所示：其运转控制装置是由往复运动式压缩部件L.COMP、电压检测部件30、电流检测部件20、微电脑40及供电电路10所组成的。而往复运动式压缩部件随着冲程指令值变化，它根据加在内部马达M的电压来设定活塞上下运动的冲程，以调整压力。电压检测部件30在额定电压范围内加大冲程时，检测往复运动式压缩部件上所加的电压。电流检测部件20是在额定电压范围内加大冲程时检测流入往复运动式压缩部件的电流。这时微电脑40是根据电压检测部件30和电流检测部件20所采集到的电压值和电流值来计算冲程，并且将计算出的冲程和冲程指令值相比较后，发出冲程的转换开关信号。供电电路10根据上述微电脑40发出的转换开关的信号，用三端双向可控硅开关Tri把交流电源转换成间歇状态，给往复运动式压缩部件输入电压。

首先，往复运动式压缩部件是由设计人员设置的冲程指令值的额定电压来带动活塞的上下运动，进而决定冲程，并调整压力。

另外，当微电脑40的转换开关控制信号，接入供电电路10的三端双向可控硅开关时其导通周期加长，冲程也随之增加，这时电压检测部件30和电流检测部件20就检测输入往复运动式压缩部件马达M上的额定电压和电流，并输入到微电脑40里。

这样，上述微电脑40利用电压检测部件30和电流检测部件20采集出来的额定电压和电流来计算冲程，再把算出的冲程和冲程的指令值相比较后，根据这些数据输出转换开关的控制信号。

即在计算的冲程比冲程指令值小的情况下，微电脑发出转换开关控制信号加长三端双向可控硅开关的导通周期，增大输入往复运动式压缩部件的电压。

相反，如果计算的冲程比冲程指令值大的情况下，微电脑40发出转换开关控制信号来缩短三端双向可控硅开关导通周期，从而减小输入往复运动式压缩部件的电压。

在上述装置用于冷却系统时，通过往复运动式压缩机冲程的改变来控制容量，以便减少耗电，提高可靠性。而上述往复运动式压缩机的运动频率基本上保证设定的数值。

为了实现上述往复运动式压缩机容量的变化，检测冷却系统的负荷，根据检测出的负荷，逐步增加冲程，以驱动往复运动式压缩机。

上述负荷检测是线性检测方法，利用温度传感器和压力传感器将外界空气的温度以及压力当作负荷来检测，或感知往复运动式压缩机的开/关时间来检测负荷。

往复运动式压缩机是具有比较典型的机械运动特征的非线性特性(如噪音)，所以没有考虑其非线性特性，而以线性负荷检测方式来控制冲程，是存在无法达到精确控制的问题。

而且，上述动作的装置首先检测往复运动式压缩机最适合的运转条件，即检测上死点＝0(即TDC＝0)处的行程之后，如图2所示，不管负荷如何改变，各种控制冲程的方法，使活塞的位置始终处在上死点＝0处。

在这种情况下，如果因周围运转条件的变化而改变负荷时，控制活塞的行程始终处在上死点＝0的位置，所以决定负荷时，会出现活塞的磨损、碰撞等引起降低可靠性的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种往复运动式压缩机的运转控制装置及方法，它是在考虑非线性的基础上检测负荷，同时根据负荷的大小，改变及控制活塞的行程，不会出现活塞磨损及碰撞等引起降低可靠性的问题，并可提高压缩机的效率。

本发明为了达到上述目的采取的技术方案其结构包括往复运动式压缩部件、负荷检测部件、比较器、冲程检测部件、冲程指令值设定器部件、冲程控制部件、转换开关、负荷极限值储存部件、行程/冲程储存部件及供电电路，其特征在于：负荷检测部件200：其输入两端跨接于双向可控硅转换开关Tri两端，其上端接地，输出接第一比较器301的输入端；冲程检测部件303：其输入两端跨接于往复运动式压缩部件加电端，输出接第二比较器304的输入端；第一比较器301：其输入一端接自负荷检测部件200输出端，一端接自负荷极限值储存部件400输出端；冲程指令值设定器302：其输入一端接第一比较器301的输出端，一端接自行程/冲程储存部件500输出端；第二比较器304：其输入一端接冲程检测部件303的输出端，另一端接冲程指令值设定器302的输出端，其输出接至冲程控制部件305输入端；冲程控制部件305：其输入接第二比较器输出端，输出接至双向可控硅转换开关Tri的控制极G；供电电路10：由市电～220V二端经双向可控硅开关Tri、电阻R1、电容C加于往复运动式压缩部件L.comp；该装置控制部件以负荷检测部件检测到的电气信号作为负荷，根据检测负荷的大小与储存设定值比较设定活塞的行程及冲程的指令值，并输出冲程指令值发出的转换开关信号，把交流电源转换成间歇式电源以驱动往复运动式压缩机。

所述冲程控制部件305是根据检测的负荷的大小设定活塞行程，并根据其相应活塞行程的死点指令值输出转换开关控制信号。

所述冲程指令值设定器302是经过实验存取双向连接于行程/冲程的储存部件。

所述冲程指令值设定器302在运转过程中负荷值小于负荷额定值时，即时设定冲程指令值缩短活塞行程。

本发明运转初期，预先设定特定负荷下的冲程指令值，这个指令值是相对于最适宜的运转条件下设定的活塞行程的冲程指令值。

所述第1比较器301还包括一个储存部件，这个储存部件是经过实验储存的，为了随时改变行程，储存了改变行程所需的负荷极限值和与负荷极限值相应的活塞行程。

本发明的控制方法包括如下几个阶段：考虑在非线性特性的基础上，将电路中的电气信号当作负荷来检测的第一阶段；上述负荷和额定负荷相比较的第二阶段；根据上述比较的结果设定活塞行程的第三阶段；根据上述行程所算出的冲程来控制运转的第四阶段。其第2阶段，包括存储负荷极限值及与其相应的活塞行程冲程的储存阶段。其第3阶段，包括负荷小于负荷极限值时，使设定值缩短活塞行程的阶段。

优点和积极效果：

如上所述本发明的运转控制装置具有如下效果：因周围环境(运转条件)的变化而引起负荷变化时，考虑非线性特性的情况下检测负荷的变化，然后根据检测的负荷来改变活塞的行程，所以间歇式运转时能够减小初始压力的上升和运转失控等，从而起到省电的效果。而且低负荷时，可以缩短活塞的行程，所以能够起到防止噪音的效果。

另外随着负荷大小的变化，随时改变活塞的行程，所以能够防止活塞的磨损以及碰撞等现象而能够起到提高压缩机可靠性的效果。

附图说明

图1为现有往复运动式压缩机的运转控制装置的电路图。

图2为图1的负荷与活塞行程之间关系示意图。

图3为本发明的往复运动式压缩机的运转控制装置的功能框图。

图4为本发明的往复运动式压缩机的运转控制装置实施例电路图。

图5为本发明的往复运动式压缩机的运转控制方法运转流程图。

图6为图4中负荷和活塞行程的关系示意图。

图3中：

1、电源部件，2、转换开关，3、负荷检测电路框图，4、比较电路框图，5、控制电路框图，6：往复运动式压缩部件(往复运动式压缩机)即L.COMP；

图1中：

10、供电电路，20、电流检测部件，30、电压检测部件，40、微电脑，M、马达，电机，Tri、双向可控硅转换开关；

图4中：

10、供电电路，200、负荷检测部件，300、控制部件，301、第一比较器，302冲程指令值设定器，303、冲程检测部件，304、第二比较器，305、冲程控制部件，TDC、上死点，400、负荷极限值储存部件，500、行程/冲程储存部件。

具体实施例

以下参照往复运动式压缩机的运转控制装置及方法图纸作详细说明其作用和效果。

图3为往复运动式压缩机的运转控制装置的功能框图。它由如下部件组成：驱动压缩机而提供交流电源的电源部件1：把电路中的电气信号当作负荷来检测的负荷检测电路框图3：上述负荷检测部件电路框图3检测的负荷和额定负荷极限值相比较并计算活塞行程的比较电路框图4；根据比较电路框图4算出的活塞行程设定冲程指令值，并输出冲程指令值发出的转换开关控制信号的控制电路框图5；根据控制电路框图5输出的转换开关信号，将电源部件1输出的交流电源转换成间歇式电源输入到往复运动式压缩部件6所用的额定电压的转换开关2。

如图4所示本发明的控制装置由以下部件连接构成：负荷检测部件200：其输入两端跨接于双向可控硅转换开关Tri两端，其上端接地，输出接第一比较器301的输入端；冲程检测部件303：其输入两端跨接于往复运动式压缩部件加电端，其输出接第二比较器304的输入端；第一比较器301：其输入一端接自负荷检测部件200输出端，一端接自负荷极限值储存部件400输出端；冲程指令值设定器302：其输入一端接第一比较器301的输出端，另一端接自行程/冲程储存部件500输出端；第二比较器304：其输入一端接冲程检测部件303的输出端，另一端接冲程指令值设定器302的输出端，其输出接至冲程控制部件305输入端；冲程控制部件305：其输入接第二比较器输出端，输出接至双向可控硅转换开关Tri的控制极G；供电电路10：由市电～220V二端经双向可控硅转换开关Tri、电阻R1、电容C加于往复运动式压缩部件L.comp；图4虚线框内又统称控制部件300；本装置以电气信号当作负荷来检测，根据检测负荷的大小与储存设定值比较设定活塞的行程及冲程的指令值，并输出冲程指令值发出的转换开关信号，把交流电源转换成间歇式电源以驱动往复运动式压缩机。检测部件是把电路中的电气信号当作负荷来检测的，控制部件是根据上述检测部件检测的负荷大小，来设定活塞的行程和冲程的指令值，并输出冲程指令值所发出的转换开关控制信号，驱动部件是利用上述控制部件输出的转换开关控制信号，用转换开关把交流电源转换成间歇式电源，以设定电压输入到驱动马达M。

上述控制部件300由如下部件组成：即检测活塞即时冲程的冲程检测部件303；比较即时和负荷额定极限值，并算出活塞行程的第一比较器301；根据第一比较器301算出的活塞行程，设定冲程指令值的冲程指令值设定器302；第二比较器比较上述冲程指令值和活塞即时冲程的相对指令值后发出的差值，输出控制冲程所需的转换开关信号的冲程控制部件305。

图5为本发明的往复运动式压缩机的运转控制方法运转流程图。如图所示运转控制法由如下几个阶段所组成：即控制冲程以达到上死点＝0的最适宜的活塞行程，并把电路的电气信号当作负荷来检测的第一阶段SP1，SP2；比较上述负荷和额定负荷极限值的第二阶段SP3；根据上述比较的结果设定活塞行程的第三阶段SP4；以上述活塞行程所设定的冲程来控制运转的第四阶段SP5。

本发明是控制冲程，使活塞在上死点＝0(TDC＝0)的最适宜的运转条件的行程范围内运转，并在检测出的负荷和负荷额定极限值相比较后以此再算出活塞行程，使活塞在计算所得的行程范围运动。

负荷检测部件200把三端双向可控硅开关两端的电压当作负荷来检测，并把它输入到控制部件300里，而冲程检测部件303则利用加在马达的电压以及电流来检测冲程。

上述控制部件300是：根据上述负荷检测部件200所检测的负荷大小，设定活塞的行程以及冲程指令值，并输出冲程指令值发出的转换开关的控制信号，下面把上述控制部件300的运转动作做详细说明。

首先，负荷极限值储存部件400为了达到随着负荷的大小而改变行程的目的，而储存改变行程所需的负荷额定极限值。

这里的负荷额定值是根据实验以提高往复运动式压缩机的工作效率为目标而设定的额定极限值。

这时，第一比较器301将上述负荷检测部件200的检测负荷值和负荷额定极限值相比较之后，算出活塞行程，再把其行程输入到冲程指令值设定器302里。

上述第一比较器301，比较即时负荷和负荷额定极限值的大小，如果负荷额定值大于即时负荷时，就输出相当于负荷额定值的活塞行程值，而上述负荷额定值是根据设计人员的需求可设定多个额定值。

将实验得出的与负荷极限值相应的活塞行程储存到负荷极限值储存部件400中，再从负荷极限值储存部件400中读出至第一比较器301中作比较后得出的活塞行程，并把它输入到冲程指令值设定器302里。

接着，上述冲程指令值设定器302在行程/冲程储存部件500中读出第一比较器301算出的活塞行程所相应的冲程，并以此设定冲程指令值，通过实验，行程/冲程储存部件500中早已储存了行程所需的冲程数。

第二比较器304就输入从冲程指令值设定器302发出的冲程指令值和冲程检测部件303的冲程数作比较之后，其差值信号输送到冲程控制部件305中。

冲程控制部件305，把上述第二比较器304的差值信号所引出的冲程控制信号输入到三端双向可控硅转换开关中，而三端双向可控硅开关随着冲程控制信号而做开/关动作，并控制马达M的电压。

参照图4，再做详细说明。运转控制装置是按照标准运转频率来运转，并把电路中的电气信号当作负荷来检测的，也就是说，上述负荷是由如下几种方式来检测出的：即一种是把加在转换开关元件两端的电压当作负荷的检测方法，另一种是把马达两端的电压当作负荷的检测方法，还有一种是把加在马达上的电压和电流的相位差当作负荷的检测方法。

然后，把上述负荷和负荷额定极限值相比较，其结果如果负荷大于负荷额定极限值，那么控制冲程使活塞行程变为上死点＝0(TDC＝0)的最适宜的行程，假如负荷小于负荷额定极限值，则重新设定活塞的行程。

也就是说负荷小于极限值的情况下，经过实验，把小于最合适的活塞行程，即已缩短的活塞行程，按照其负荷极限值的大小，依次读出之后，以缩短的活塞行程来控制冲程。

如图6所示，起初以最适宜的活塞行程来控制冲程，等到负荷减少到小于额定负荷极限值时，以缩短的活塞行程来控制冲程，当负荷重新增加，进入大于额定负荷极限值范围时，重新增加活塞的行程，以达到控制冲程的目的。

换句话说，本发明是在特定负荷状态下，以最适宜的活塞行程来控制往复运动式压缩机冲程，在检测非线形特性的负荷时，如若负荷变成大于设定值，那么按照负荷的变动量，以设定的活塞行程来控制冲程。

Claims (9)

1.一种往复运动式压缩机的运转控制装置包括往复运动式压缩部件、负荷检测部件、比较器、冲程检测部件、冲程指令值设定器部件、冲程控制部件、转换开关、负荷极限值存储部件、行程/冲程储存部件及供电电路，其特征在于：负荷检测部件(200)：其输入两端跨接于双向可控硅转换开关(Tri)两端，其上端接地，输出接第一比较器(301)的输入端；冲程检测部件(303)：其输入两端跨接于往复运动式压缩部件加电端，输出接第二比较器(304)的输入端；第一比较器(301)：其输入一端接自负荷检测部件(200)输出端，一端接自负荷极限值储存部件(400)输出端；冲程指令值设定器(302)：其输入一端接第一比较器(301)的输出端，一端接自行程/冲程储存部件(500)输出端；第二比较器(304)：其输入一端接冲程检测部件(303)的输出端，另一端接冲程指令值设定器(302)的输出端，其输出接至冲程控制部件(305)输入端；冲程控制部件(305)：其输入接第二比较器输出端，输出接至双向可控硅转换开关(Tri)的控制极(G)；供电电路(10)：由市电～220V二端经双向可控硅转换开关(Tri)、电阻(R1)、电容C加于往复运动式压缩部件(L.comp)；该装置控制部件以负荷检测部件检测到的电气信号作为负荷，根据检测负荷的大小与储存设定值比较设定活塞的行程及冲程的指令值，并输出冲程指令值发出的转换开关信号，把交流电源转换成间歇式电源以驱动往复运动式压缩机。

2.根据权利要求1所述的往复运动式压缩机的运转控制装置，其特征是：所述冲程控制部件(305)是根据检测的负荷的大小设定活塞行程，并根据其相应活塞行程的死点指令值输出转换开关控制信号。

3.根据权利要求1所述的往复运动式压缩机的运转控制装置，其特征是：所述冲程指令值设定器(302)是经过实验存取双向连接于行程/冲程储存部件。

4.根据权利要求1所述的往复运动式压缩机的运转控制装置，其特征是：所述冲程指令值设定器(302)在运转过程中负荷值小于负荷额定极限值时，即时设定冲程指令值缩短活塞行程。

5.根据权利要求1所述的往复运动式压缩机的运转控制装置，其特征是：本发明运转初期，预先设定特定负荷下的冲程指令值，这个指令值是相对于最适宜的运转条件下设定的活塞行程的冲程指令值。

6.根据权利要求1所述的往复运动式压缩机的运转控制装置，其特征是：所述第1比较器(301)还包括一个储存部件，这个储存部件是经过实验储存的，为了随时改变行程，储存了改变行程所需的负荷极限值和与负荷极限值相应的活塞行程。

7.如权利要求1所述的往复运动式压缩机的运转控制装置的运转控制方法，其特征在于：其包括如下几个阶段：以TDC＝0的行程控制冲程阶段(SP1)；把电路中转换开关部件两端的电气信号当作负荷来检测的第1阶段(SP2)；把上述负荷和负荷极限值相比较的第2阶段(SP3)；根据上述比较的结果，设定活塞行程的第3阶段(SP4)；以和上述活塞行程相应的速度来控制运转冲程的第4阶段(SP5)。

8.根据权利要求7所述的往复运动式压缩机的运转控制方法，其特征是：其第2阶段，包括存储负荷极限值及与其相应的活塞行程冲程的储存阶段。

9.根据权利要求7所述的往复运动式压缩机的运转控制方法，其特征是：其第3阶段，包括负荷小于负荷极限值时，使设定值缩短活塞行程的阶段。

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