CN1313733C - 用于控制线性压缩机操作的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

在一种用于控制线性压缩机操作的装置和方法中，通过利用在线性压缩机中产生的电流矢量和位移矢量，求出当TDC(上死点)是“0”时的每个拐点，根据拐点确定占空比并按照确定的占空比产生开关控制信号来控制线性压缩机的操作。

Description

用于控制线性压缩机操作的装置和方法
                          技术领域
本发明涉及一种压缩机，特别是涉及一种用于控制线性压缩机操作的装置和方法，其通过利用在压缩机中产生的电流和电压能够以最佳效率运行压缩机。
                          背景技术
通常，由于线性压缩机(linear compressor)不包括将转动转变为线性运动的曲轴，线性压缩机比通常的压缩机具有较少的阻力损耗，因此，线性压缩机在压缩效率方面优于通常的压缩机。
当将线性压缩机用于冷冻机或空调机时，通过改变施加到线性压缩机上的电压以改变线性压缩机的压缩比来控制冷冻机或空调机的制冷量。参照附图1介绍上述线性压缩机。
附图1是表示用于控制线性压缩机的装置的结构的方块示意图。
如附图1中所示，用于控制线性压缩机操作的装置包括：线性压缩机13，用于通过将按照冲程基准值输入的电压提供到内部电动机以改变内部冲程(未示出)并通过上下移动内部活塞调节制冷量；电压检测单元14，用于检测线性压缩机13中按照内部冲程变化产生的电压；电流检测单元12，用于检测线性压缩机13中按照内部冲程变化产生的电流；微计算机15，用于通过利用由电压检测单元14检测的电压和由电流检测单元12检测的电流计算冲程，将所计算的冲程与冲程基准值比较并按照比较结果输出开关控制信号；电源单元11，用于通过利用一内部三端双向可控硅开关Trl按照从微计算机15输出的开关控制信号，以断续方式向线性压缩机输送交流电从而将冲程电压(stroke voltage)提供到线性压缩机13。下文将详细介绍用于控制线性压缩机13的装置的操作。
首先，线性压缩机13通过将按照由用户设置的冲程基准值输入的电压提供到电动机以改变冲程，并通过按照该冲程上下移动活塞来调节制冷量。这里，冲程是指线性压缩机13中的作往复运动的活塞移动的距离。
电源单元11中的三端双向可控硅开关Trl按照从微计算机15输出的开关控制信号具有较长的导通周期，并在三端双向可控硅开关Trl的导通周期内向线性压缩机31输送交流电，因此操作线性压缩机13。这里，电压检测单元14和电流检测单元12分别检测在线性压缩机13中产生的电压和电流并分别输出到微计算机15。
微计算机15通过利用由电压检测单元14检测的电压和由电流检测单元12检测的电流计算冲程，将所计算的冲程与冲程基准值比较并按照比较结果输出开关控制信号。更详细地说，当所计算的冲程小于冲程基准值时，微计算机15向电源单元11输出用于延长三端双向可控硅开关Trl导通周期的开关控制信号，以便增加向线性压缩机13提供的冲程电压。
相反，当所计算的冲程大于冲程基准值时，微计算机15向电源单元11输出用于缩短三端双向可控硅开关Trl导通周期的开关控制信号，以便降低向线性压缩机13提供的冲程电压。
然而，在现有技术的线性压缩机中，由于通过将所计算的冲程与冲程基准值比较并按照比较结果向电源单元11输出开关控制信号，就不可能精确地控制线性压缩机的操作。更详细地说，由于按照现有技术的往复式压缩机在机械运动方面具有严重的非线性，就不可能利用未考虑非线性的方法精密地控制线性压缩机。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于控制线性压缩机操作的装置和方法，其能够通过根据在压缩机中产生的电流和电压检测拐点(inflection point)并根据该拐点产生开关控制信号来精密和精确地控制线性压缩机。
为了实现上述目的，根据本发明的用于控制线性压缩机操作的装置包括：位移(displacement)计算单元，用于通过利用在压缩机中产生的电流和电压计算位移；矢量量值和相位信号检测单元，用于根据具有对应于电流和位移的轨迹的最大电流矢量和最大位移矢量来检测矢量量值和相位信号；矢量量值和相位计算单元，用于将所述最大电流矢量的量值和相位分别与所述最大位移矢量的量值和相位进行比较；拐点检测单元，用于根据该矢量量值和先前检测的矢量量值检测矢量量值的拐点及根据该相位信号和先前检测的相位信号检测相位的拐点；以及占空比确定单元，用于通过将该矢量量值的拐点和相位的拐点比较并按照比较结果产生开关控制信号来控制线性压缩机的操作。
为了实现上述目的，根据本发明的用于控制线性压缩机操作的方法包括：通过利用在压缩机中产生的电流和电压计算位移，根据具有对应于电流和位移的轨迹的最大电流矢量和最大位移矢量来检测矢量量值和相位信号，将所述最大电流矢量的量值和相位分别与所述最大位移矢量的量值和相位进行比较，根据该矢量量值和先前检测的矢量量值检测矢量量值的拐点及根据该相位信号和先前检测的相位信号检测相位的拐点，并通过将该矢量量值的拐点和相位的拐点比较并按照比较结果产生开关控制信号，并按照开关控制信号控制线性压缩机的操作。
                          附图说明
附图1是表示按照现有技术的用于控制线性压缩机操作的装置的结构的方块示意图。
附图2是表示按照本发明的用于控制线性压缩机的装置操作的结构的方块示意图。
附图3是表示按照本发明的用于控制线性压缩机的装置操作的操作的流程图。
附图4表示在按照本发明的用于控制线性压缩机操作的装置中产生的电流和位移的对应关系。
附图5表示随在按照本发明的用于控制线性压缩机操作的装置中产生的开关控制信号占空比的增加的矢量量值信号的变化。
附图6表示随在按照本发明的用于控制线性压缩机操作的装置中产生的开关控制信号占空比的增加的相位信号的变化。
                          具体实施方式
下面，将参照附图2到6详细介绍根据本发明的用于控制线性压缩机13操作的装置和方法。
附图2是表示按照本发明的用于控制线性压缩机装置的操作的结构的方块示意图。
如附图2中所示，按照本发明的用于控制线性压缩机操作的装置包括：线性压缩机38，用于通过按照用户的操作命令操作和上下移动内部活塞(未示出)以调节制冷量；电压检测单元37，用于检测按照线性压缩机38的操作在线性压缩机38中产生的电压；电流检测单元22，用于检测按照线性压缩机38的操作在线性压缩机38中产生的电流；位移计算单元36，用于通过利用电压检测单元37检测的电压和利用电流检测单元22检测的电流计算位移；以及微计算机20，用于根据该位移和电流检测矢量量值拐点和相位拐点，通过比较检测的拐点确定占空比并按照确定的占空比输出开关控制信号。
其中，微计算机20包括：最大电流矢量确定单元23，用于通过利用该电流和位移检测具有一对应于由电流检测单元22检测的电流的轨迹的最大电流矢量和在位移计算单元36中计算的位移；最大位移矢量检测单元35，用于通过利用该电流和位移检测一具有对应于由电流检测单元22和位移计算单元36分别检测和计算的电流和位移的轨迹的最大位移矢量；最大电流矢量量值检测单元24，用于检测所检测的最大电流矢量的量值；最大电流相位检测单元25，用于检测所检测的最大电流矢量的相位；最大位移矢量量值检测单元33，用于检测所检测的最大位移矢量的量值；最大位移矢量相位检测单元34，用于检测所检测的最大位移矢量的相位；矢量量值计算单元26，用于将所检测的最大电流矢量的量值与所检测的最大位移矢量的量值比较，和按照比较结果检测矢量量值；相位计算单元32，用于将所检测的最大电流矢量的相位与所检测的最大位移矢量的相位比较，和按照比较结果检测相位信号；矢量量值拐点检测单元28，用于将由矢量量值计算单元26所检测的矢量量值与先前检测的矢量量值比较，和按照比较结果检测矢量量值拐点并输出与所检测的矢量量值拐点对应的矢量量值拐点检测信号；相位拐点检测单元30，用于将由相位计算单元32所检测的相位与先前检测的相位信号比较，和按照比较结果检测相位拐点并输出与相位拐点对应的相位拐点检测信号；占空比确定单元29，用于通过输入矢量量值拐点检测信号和相位拐点检测信号并将它们比较确定占空比以及输出对应于所确定的占空比的开关控制信号；电源单元21，用于通过按照开关控制信号控制三端双向可控硅开关的操作来操作线性压缩机。其中，分别将先前检测的矢量量值与先前检测的相位信号存储在第一存储单元27和第二存储单元31。
下面，将参照附图3详细介绍根据本发明的用于控制线性压缩机操作的装置的操作。
附图3是表示按照本发明的用于控制线性压缩机操作的装置的操作的流程图。
首先，线性压缩机38通过按照用户的操作/停止命令改变线性压缩机38的冲程和按照该冲程上下移动活塞来调节制冷量。其中，冲程是指线性压缩机38中的作往复运动的活塞移动的距离。更详细地说，电源单元21通过按照从占空比确定单元29输出的开关控制信号改变三端双向可控硅开关Trl的导通周期来操作线性压缩机38。
电压检测单元37检测在线性压缩机38中产生的电压并将其输出到位移计算单元36。其中，电流检测单元22检测在线性压缩机38中产生的电流并将其输出到位移计算单元36。
位移计算单元36通过利用由电压检测单元37检测的电压和由电流检测单元22检测的电流计算位移，并将计算的位移输出到最大位移矢量检测单元35，如在步骤S301所示。其中该位移是指冲程值。
最大电流矢量检测单元23检测具有对应于由电流检测单元22检测的电流和在位移计算单元36中计算的位移的轨迹的最大电流矢量并将其输出到最大电流矢量量值检测单元24，如在步骤S302所示。
最大位移矢量检测单元35检测具有对应于由电流检测单元22检测的电流和在位移计算单元36中计算的位移的轨迹的最大位移矢量并将其输出到最大位移矢量量值检测单元33，如在步骤S302所示。
最大电流矢量量值检测单元24检测从最大电流矢量确定单元23输出的最大电流矢量量值并将其输出到矢量量值计算单元26，如在步骤S303所示。其中最大电流矢量相位检测单元25检测由最大电流矢量检测单元23检测的最大电流矢量的相位并将其输出到相位计算单元32。
最大位移矢量量值检测单元33检测从最大位移矢量检测单元35输出的最大位移矢量量值并将其输出到矢量量值计算单元26。其中，最大位移矢量相位检测单元34由最大位移矢量检测单元35检测的最大位移矢量的相位，并将其输出到相位计算单元32。
相位计算单元32通过将由最大电流矢量相位检测单元25检测的最大电流矢量的相位除以由最大位移矢量相位检测单元34检测的最大位移矢量的相位来检测相位信号，并将所检测的相位信号输出到相位拐点检测单元30。
相位拐点检测单元30通过将由相位计算单元32检测的相位信号与在第二存储单元31中存储的先前检测的相位信号比较来检测相位拐点，并向占空比确定单元29输出对应于该检测的拐点的相位拐点。
同时，矢量量值计算单元26计算由最大电流矢量量值检测单元24检测的最大电流矢量的量值和由最大位移矢量量值检测单元33检测的最大位移矢量的量值之间的差，根据该差检测矢量量值并将其输出到矢量量值拐点检测单元28。
矢量量值拐点检测单元28通过将在矢量量值计算单元26中所计算的矢量量值与在第一存储单元27中存储的先前检测的矢量量值比较来检测矢量量值拐点，并将一对应于检测的拐点的矢量量值拐点检测信号输出到占空比确定单元29。
占空比确定单元29判断是否输入从矢量量值拐点检测单元28输出的矢量量值拐点检测信号和从相位拐点检测单元30输出的相位拐点信号，如在步骤S305所示。更详细地说，占空比确定单元29根据由矢量量值拐点检测单元28检测的矢量量值拐点和由相位拐点检测单元30检测的相位拐点确定占空比，产生与确定的占空比对应的开关控制信号并将其输出到电源单元21，如在步骤S306所示。
电源单元21通过按照由占空比确定单元29输出的开关控制信号控制三端双向可控硅开关Trl的导通/关断周期来控制线性压缩机38的操作，如在步骤S307所示。
附图4表示在按照本发明的用于控制线性压缩机挥作的装置中产生电流和位移的对应关系。更详细地说，其表示具有对应于由电流检测单元22检测的电流和由位移计算单元36计算的位移的轨迹的最大电流矢量和最大位移矢量。
附图5表示随在按照本发明的用于控制线性压缩机挥作的装置中产生的开关控制信号的占空比的增加的矢量量值信号变化。更详细地说，按本发明的测试结果，矢量量值拐点产生的区域是当线性压缩机31的活塞的TDC(上死点(top dead center))是“0”时的点。
附图6表示随在按照本发明的用于控制线性压缩机挥作的装置中产生的开关控制信号的占空比的增加的相位信号变化。更详细地说，按本发明的测试结果，相位拐点产生的区域是当线性压缩机31的活塞的TDC(上死点)是“0”时的点。
因此，在本发明中，通过利用在线性压缩机31中产生的电流和位移计算当TDC是“0”时的矢量量值拐点和相位拐点，根据这些拐点确定占空比并利用按照确定的占空比的开关控制信号控制三端双向可控硅开关Trl的导通/关断周期。更详细地说，在用于控制线性压缩机的操作的装置和方法中，能够按照一种考虑了线性压缩机在机械运动特性方面具有严重的非线性的线性方法，通过控制线性压缩机31的操作来精密和精确地控制线性压缩机。
如上所述，在根据本发明的用于控制线性压缩机的操作的装置和方法中，通过利用在线性压缩机31中产生的电流和位移计算当TDC是“0”时的矢量量值拐点和相位拐点，根据这些拐点产生开关控制信号并控制线性压缩机31的操作，从而能够可以提高线性压缩机31的运行效率。

Claims (18)

1.一种用于控制线性压缩机操作的装置，包括：
位移计算单元，用于通过利用在压缩机中产生的电流和电压计算位移；
矢量量值和相位信号检测单元，用于根据具有对应于电流和位移的轨迹的最大电流矢量和最大位移矢量来检测矢量量值和相位信号；
矢量量值和相位计算单元，用于将所述最大电流矢量的量值和相位分别与所述最大位移矢量的量值和相位进行比较；
拐点检测单元，用于根据该矢量量值和先前检测的矢量量值检测矢量量值拐点及根据该相位信号和先前检测的相位信号检测相位拐点；以及
占空比确定单元，用于通过将该矢量量值拐点和相位拐点比较并按照比较结果产生开关控制信号来控制所述压缩机的操作。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：按照开关控制信号操作所述压缩机。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括：
电源单元，用于通过按照开关控制信号控制三端双向可控硅开关Trl的导通/关断操作来操作该压缩机。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：该电源单元通过按照开关控制信号控制三端双向可控硅开关的导通/关断周期来提供冲程电压。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述压缩机是线性压缩机。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于通过计算最大电流矢量和最大位移矢量之间的差来检测矢量量值。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：按照根据矢量量值拐点和相位拐点确定的占空比产生开关控制信号。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述矢量量值拐点和相位拐点是其中上死点是“0”的点。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该检测单元通过将最大电流矢量除以最大位移矢量来检测相位信号。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述矢量量值和相位信号检测单元通过计算最大电流矢量和最大位移矢量之间的差来计算矢量量值，并通过将最大电流矢量除以最大位移矢量来计算相位信号；以及所述装置还包括：电源单元，按照开关控制信号操作线性压缩机。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：电源单元通过按照开关控制信号控制三端双向可控硅开关的导通/关断周期来操作线性压缩机。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：按照根据矢量量值拐点和相位拐点确定的占空比产生开关控制信号。
13.一种用于控制线性压缩机操作的方法，包括：
通过利用在压缩机中产生的电流和电压计算位移；
根据具有对应于电流和位移的轨迹的最大电流矢量和最大位移矢量来检测矢量量值和相位信号；
将所述最大电流矢量的量值和相位分别与所述最大位移矢量的量值和相位进行比较；
通过将该矢量量值和先前检测的矢量量值比较检测矢量量值拐点，及通过将该相位信号和先前检测的相位信号比较检测相位拐点；以及
通过将该矢量量值拐点和相位拐点比较并按照比较结果产生开关控制信号来按照开关控制信号控制所述压缩机的操作。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：压缩机是线性压缩机。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：通过计算最大电流矢量和最大位移矢量之间的差来检测矢量量值。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：按照根据矢量量值拐点和相位拐点确定的占空比产生开关控制信号。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：矢量量值拐点和相位拐点是其中上死点是“0”的点。
18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：通过将最大电流矢量除以最大位移矢量来检测相位信号。
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