CN1432736A - 用于控制往复式压缩机驱动的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制往复式压缩机驱动的装置及其方法，当冰箱的制冷容量改变时，通过利用电流偏差控制冰箱压缩机的驱动，可降低制冷容量，且不会造成再膨胀损失。为了到达这一目的，在通过根据用户设定的冲程参考值改变内部冲程而控制制冷容量的压缩机中，该装置包括：一存储单元，用于存储与制冷容量变化量相对应的电流偏差值；一加法单元，用于根据用户所改变的制冷容量，把电流偏差值加到施加在压缩机上的电流值上；一微型计算机，用于产生与在加法单元中相加得到的电流值相对应的切换控制信号；以及一供电单元，用于根据切换控制信号的状态，通过把相加得到的电流施加到压缩机上而控制压缩机的驱动。

Description

用于控制往复式压缩机驱动的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种往复式压缩机，具体地说，涉及一种用于控制往复式压缩机驱动的装置及其方法。

背景技术

一般来说，往复式压缩机应用在冰箱或者空调中，可根据用户的意图利用施加在内定子上的电压，通过改变往复式压缩机的压缩比控制制冷容量。下面参照图1至3B说明往复式压缩机。

图1所示的方框图表示根据现有技术的用于控制往复式压缩机驱动的一种装置的结构。

如图1所示，在用于控制往复式压缩机驱动的装置中，根据由用户设定的冲程参考值，通过接收由内部电动机(未示出)提供的冲程电压而改变内冲程，并通过使内部活塞(未示出)上下往复运动而控制制冷容量。该装置包括：一电压检测单元30，用于利用冲程的变化检测施加到往复式压缩机50上的电压；一电流检测单元20，用于利用冲程的变化来检测施加到往复式压缩机50上的电流；一微型计算机40，用于利用从电压检测单元30和电流检测单元20检测到的电压和电流计算冲程，将计算出的冲程与冲程参考值进行比较，并根据比较结果输出切换控制信号；以及一供电单元10，用于根据微型计算机40的切换控制信号，通过利用一个三端双向可控硅开关元件(Triac)把一交流电源切换到on/off，而向往复式压缩机50提供冲程电压。根据用户设定的冲程参考值，利用施加在电动机上的电压改变往复式压缩机50的冲程，进而通过使活塞上下往复运动而控制制冷量。冲程是指往复式压缩机50中的活塞由于往复式运动而移动的距离。下面说明用于控制根据现有技术所述的往复式压缩机驱动的工作过程。

首先，供电单元10的三端双向可控硅开关元件利用微型计算机40的切换控制信号延长闭合周期，进而增加冲程电压。此时，电压检测单元30检测施加在往复式压缩机50的电动机(未示出)上的电压，并把检测到的电压提供到微型计算机40。同时，电流检测单元20检测施加在往复式压缩机10的电动机(未示出)上的电流，并把检测到的电流提供到微型计算机40。

之后，微型计算机40利用从电压检测单元30和电流检测单元20检测到的电压和电流计算出冲程，并把计算出的冲程与冲程参考值进行比较，再根据比较结果输出切换控制信号。也就是说，如果计算出的冲程小于冲程参考值，微型计算机40就延长三端双向可控硅开关元件的闭合周期，并向供电单元输出切换控制信号，从而增加提供到往复式压缩机50的冲程电压。

然而，如果计算出的冲程大于冲程参考值，微型计算机40就缩短三端双向可控硅开关元件的闭合周期，并向供电单元输出该切换控制信号，从而降低施加到往复式压缩机50的冲程电压。

同时，制冷容量越低，采用往复式压缩机的冰箱或空调的制冷周期中的效率越高。下面参照图2A和2B进行说明。

图2A和2B表示采用现有往复式压缩机的冰箱的整个周期中的效率和往复式压缩机的效率。

参照图2A和2B，如“A”部分所示，当改变制冷容量时，会降低用在冰箱中的现有往复式压缩机的效率。还有，当现有往复式压缩机的效率降低时，如“A-1”部分所示，在制冷容量发生变化时制冷容量是可变的，冰箱整个制冷周期的效率并不增加，而在正常制冷容量时，制冷容量是不发生变化的。下面参照图3A和3B进行说明。

图3A表示用于冰箱中的现有往复式压缩机在正常制冷容量时的电流和位移量波形。

如图3A所示，用于冰箱中的往复式压缩机形成内部活塞到达上止点(TDC)时的顶部位置(TP)、活塞到达下止点(BDC)时的底部位置(BP)。也就是说，正常制冷容量时，往复式压缩机的压缩比为100％。

图3B是当用于冰箱中的现有往复式压缩机的制冷容量发生变化时，电流和位移量波形。

如图3B所示，如果用户在往复式压缩机驱动中间减少冰箱的制冷容量，施加在往复式压缩机中的电动机(未示出)上的电流大小和位移量也会减少。此时，电流和位移量不会产生基于零值的电流偏差和位移量偏差。也就是说，在现有的往复式压缩机中，制冷容量只是由于冲程(该冲程随施加在往复式压缩机中的电动机上的冲程电压的降低而降低)的降低而降低。此时，死区值增加，从而使再膨胀损失增加，进而降低了压缩机的效率。再膨胀损失是指压缩机的活塞没有到达下止点(TDC)时(当制冷容量发生变化时)，压缩机汽缸中的气体不被压缩就再次膨胀，从而产生了损失。没被压缩的空间称作“死区值”。

发明内容

因此，本发明的一个目的就是提供一种用于控制往复式压缩机驱动的装置及其方法，当冰箱的制冷容量改变时，通过利用电流偏差控制冰箱压缩机的驱动，可降低制冷容量，且不会造成再膨胀损失。

本发明的另一目的是提供一种用于控制往复式压缩机驱动的装置及其方法，当冰箱的制冷容量改变时，通过利用电流偏差控制冰箱压缩机的驱动，可提高压缩机效率和制冷装置的制冷周期的效率。

为了实现这些和其他优点，并根据本发明的目的，正如本申请所体现和主要说明的那样，提供一种用于控制往复式压缩机驱动的装置，通过根据用户设定的冲程参考值来改变内部冲程，可控制制冷容量，该装置包括：一存储单元，用于存储与制冷容量变化量相对应的电流偏差值；一加法单元，用于根据用户所改变的冰箱的制冷容量，把电流偏差值加到施加在压缩机上的电流值上；一微型计算机，用于产生与在加法单元中相加得到的电流值相对应的切换控制信号；一供电单元，用于根据切换控制信号的状态，通过把相加得到的电流提供到压缩机上而控制压缩机的驱动。

为了实现这些和其它优点，并根据本发明的目的，正如本申请所体现和主要说明的那样，提供一种用于控制往复式压缩机驱动的方法，通过根据用户设定的冲程参考值改变内部冲程，可控制制冷容量，该方法包括：检测与制冷容量变化量相对应电流偏差值；根据用户改变的制冷容量，把电流偏差值加到施加在压缩机上的电流值上；以及把相加得到的电流提供到压缩机上。

从本发明结合附图的下列详细说明中，可更清楚本发明的上述和其他目的、特征、方面和优点。

附图简要说明

所包括的附图可进一步理解本发明，而且该附图包含在说明书中，构成说明书的一部分，该附图、本发明的说明性实施例与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1所示的方框图表示根据现有技术所述的用于控制往复式压缩机驱动的一种装置的结构；

图2A和2B表示采用现有往复式压缩机的冰箱的整个周期中的效率和往复式压缩机的效率；

图3A表示用于冰箱中的现有往复式压缩机在正常制冷容量时的电流和位移量波形；

图3B是当用于冰箱中的现有往复式压缩机的制冷容量发生变化时，电流和位移量波形；

图4表示根据本发明所述的一种用于控制一往复式压缩机驱动的装置的结构；

图5的流程图表示一种用于控制据本发明所述的往复式压缩机驱动的方法；

图6表示一种用于检测根据本发明所述的冲程移动偏差的方法；

图7表示根据本发明所述，当利用用于冰箱中的往复式压缩机改变制冷容量时，电流和位移的波形；和

图8A和8B表示使用现有往复式压缩机的冰箱的整个制冷周期的效率和现有往复式压缩机的效率与根据本发明所述的这些效率的比较图。

具体实施方式

下面详细参照本发明的最佳实施例，其实例表示在附图中。

根据本发明所述的往复电动机，可能有多个实施例，下面说明其最佳实施例。

下面参照附图4至8B，说明一种用于控制往复式压缩机驱动的装置及其控制方法，其中，当用户改变冰箱的制冷容量时，该装置可计算出与制冷容量变化量相对应的电流偏差值，把计算出的电流偏差值加到施加在冰箱中的压缩机的电流上，把相加得到的电流提供到压缩机上，并控制压缩机的驱动，从而可降低冰箱的制冷容量，而不会产生再膨胀损失。在该往复式压缩机中，可移动部件利用在内部电动机中产生的磁通量进行直线运动。

图4的方框图表示根据本发明所述的一种用于控制往复式压缩机驱动的装置的结构。

如图4所示，该用于控制往复式压缩机驱动的装置根据由用户设定的冲程参考值接收一提供到内部电动机(未示出)上的冲程电压，改变内部冲程，并使内部活塞(未示出)上下往复运动，从而控制制冷容量，该装置包括：一电压检测单元30，用于利用冲程的变化检测施加到往复式压缩机50上的电压；一电流检测单元20，用于利用冲程的变化检测施加到往复式压缩机50上的电流；一微型计算机60，用于利用从电压检测单元30和电流检测单元20检测到的电压和电流计算冲程，将计算出的冲程与冲程参考值进行比较，并根据比较结果输出切换控制信号；一供电单元10，用于根据微型计算机60的切换控制信号，通过利用一个三端双向可控硅开关元件(Triac)把一交流电源切换到on/off状态，而向往复式压缩机50提供冲程电压；一电流偏差值存储单元70，用于存储与制冷容量变化量相对应的电流偏差值；以及一加法单元80，用于在用户改变冰箱的制冷容量时，把电流偏差值加到施加在压缩机50上的电流值上。

在根据本发明所述的用于控制往复式压缩机驱动的装置中，当冰箱的制冷容量不改变时，工作过程与现有技术的工作过程相同，而当用户改变冰箱的制冷容量时，通过利用电流偏差值存储单元70和加法单元80来降低冰箱的制冷容量，而不会造成再膨胀损失。也就是说，在根据本发明所述的用于控制往复式压缩机驱动的装置中，当一用户把冰箱的工作模式转换成制冷容量可改变的模式而改变冰箱的制冷容量时，微型计算机60就从电流偏差值存储单元70检测到与制冷容量变化量相对应的电流偏差值。在用户改变冰箱的制冷容量时，加法单元80把电流偏差值加到施加在压缩机50上的电流值上。供电单元10利用微型计算机60的切换控制信号把相加得到的电流提供到压缩机50的电动机(未示出)上，并控制压缩机50的驱动，从而降低制冷容量，而不会造成再膨胀损失。

同时，根据由用户设定的冲程参考值，利用施加在电动机上的电压和电流改变往复式压缩机50的冲程，使活塞上下往复运动，从而控制制冷容量。冲程是指往复式压缩机50中的活塞由于往复移动而运动的距离。也就是说，如果压缩机的冲程增加(压缩比增加)，制冷容量也增加，反之亦然。

当冰箱的制冷容量不变化时，其工作过程与现有技术中的工作过程相同，因此省略说明。然而，参照图5，说明根据本发明所述的用于控制往复式压缩机驱动的方法和工作过程，如果用户把冰箱的工作模式改变成制冷容量可改变的模式而改变冰箱的制冷容量，该方法可降低制冷容量，且不会造成再膨胀损失。

图5的流程图表示据本发明所述的用于控制往复式压缩机驱动的方法。

如图5所示，该方法包括如下步骤：用户把冰箱的工作模式转换成制冷容量可改变的模式(S41)；把施加在压缩机50上的电流降低到预定值，从而根据用户的需要改变制冷容量(S42)；检测与预定的制冷容量变化量相对应电流偏差值(S43)；把检测到的电流偏差值加到降低至预定值的电流值上(S44)；以及把相加得到的电流提供到压缩机50上。检测电流偏差值的步骤包括如下步骤：检测与预定制冷容量变化量相对应的冲程的移动偏差值；预先把与移动偏差值相对应的电流偏差值存储到存储单元70的列表中；以及从该列表中读出电流偏差值并进行检测。

首先，当用户把冰箱的工作模式切换成制冷容量可改变的模式(S41)时，微型计算机60把施加在往复式压缩机60上的电流降低至预定值(S42)，从而把冰箱的制冷容量改变成用户所需的温度。也就是说，微型计算机60向供电单元输出一个用于延长或缩短供电单元10的三端双向可控硅开关元件的闭合周期的切换控制信号，从而把施加在往复式压缩机50上的电流降低到预定值。

之后，微型计算机60检测与用户设定的制冷容量变化量相对应的冲程移动偏差值。也就是说，微型计算机60根据制冷容量变化量(利用经验值进行确定)确定移动偏差值。下面参照图6进行说明。

图6表示根据本发明所述的用于检测冲程移动偏差的方法。

如图6所示，在冰箱的制冷容量不发生变化的正常制冷容量模式下，压缩机处于驱动状态的情况下，当压缩机活塞的压缩比为100％时(参照图6-1)，如果用户改变冰箱制冷容量的50％，冲程则仅降低为50％，从而使活塞的压缩比为50％(参照图6-2)。也就是说，如果冲程降低到50％，则有25％的移动偏差与冲程(50％)降低的一半相对应，这是因为移动偏差是冲程中心点的移动量。

例如，当在改变冰箱的制冷容量之前，冲程为10％时(100％的压缩比)，如果冲程降低5毫米(50％的压缩比)，冲程的移动偏差将变成2.5毫米。也就是说，冲程的移动偏差值是冲程变化量的一半。预先把与移动偏差值相对应的电流偏差值存储在存储于存储单元70的列表中。此时，利用下列等式1计算电流偏差。 $i=k\frac{\mathrm{\Δx}}{\mathrm{\α}}$ ---------〔等式1〕其中，Δi为电流偏差值，α为压缩机中的电动机系数(N/i)(电动机的输入电流产生的电动机力)，Δx为冲程的移动偏差值，而k为弹簧的机械系数(N/m)。

之后，微型计算机60从存储单元70检测与移动偏差相对应的电流偏差值，在用户改变冰箱的制冷容量时，微型计算机还从电流检测单元20检测施加在往复式压缩机50上的电流值，并把检测到的电流值和电流偏差值输出到加法单元80。

随后，加法单元80把电流偏差值加到施加在往复式压缩机50上的电流值上，从而把相加得到的电流值输出到微型计算机60(S44)。

微型计算机60向供电单元10输出切换控制信号，从而使从加法单元80相加得到的电流提供到往复式压缩机50上。供电单元10根据切换控制信号把相加得到的电流值提供到往复式压缩机50(S45)。下面，参照图7说明改变冰箱的制冷容量时用于电流和移动量的波形。

图7表示根据本发明所述，当利用冰箱中的往复式压缩机改变制冷容量时，电流和位移的波形。

如图7所示，如果把相加得到的电流提供到往复式压缩机50，活塞的顶部位置(TP)将到达TDC点，而且活塞的底部位置(BP)不会到达下止点(BDC)，因此，当TDC和制冷容量降低时，活塞可保证到达TP。同时，由于活塞的TP位于TDC处，因此死区值不会降低，进而不会增加再膨胀损失。基于此，即便如图8A和8B所示改变了制冷容量，也不会使压缩机的效率和冰箱的整个制冷周期的效率降低。

图8A和8B表示使用现有往复式压缩机的冰箱的整个制冷周期的效率和现有往复式压缩机的效率与根据本发明所述的这些效率的比较图。

如图8A和8B所示，当制冷容量如“A”部分所示而改变时，现有往复式压缩机的效率下降。也就是说，当现有往复式压缩机的效率象“A”那样降低时，如“A-1”部分所示，在制冷容量发生变化的制冷容量可变的模式下，冰箱整个制冷周期的效率并不增加，而在正常制冷容量时，制冷容量是不发生变化的。

然而，在本发明中，通过根据变化的制冷容量把电流偏差值加到电流值上，并把相加得到的电流值施加到压缩机上，即便制冷容量如“B”部分所示变化了，可变制冷容量模式下的压缩机效率也等于正常制冷容量模式下的制冷效率。因此，当制冷容量变化时，冰箱的整个制冷周期效率如“B-1”所示增加。

同时，用于冰箱中的往复式压缩机只是解释根据本发明所述往复式压缩机的一种优选实施例，而且根据本发明所述的往复式压缩机并不仅仅用于冰箱中，而是还可用于诸如空调之类的制冷装置中。

如上所述，在本发明中，当利用冰箱的往复式压缩机改变制冷容量时，通过根据变化的制冷容量把施加在压缩机上的电流值加上电流偏差值上，并把相加得到的电流值施加到压缩机上，可控制压缩机的驱动，从而降低制冷容量，不会造成再膨胀损失，并提高冰箱的整个制冷周期的效率。

不超出其精神实质或者必要特征，本发明可采用几种方式实现，但可以理解，上述实施例并不局限于上述说明书中的任何细节，除非有其他的特指，在附属权利要求书限定的精神实质和保护范围之内，仍然可构成本发明，因此，附属权利要求书试图包括落入本权利要求书的边界和范围之内的所有变化和改进，或者这种边界和范围之内的等同替换。

Claims (11)

1.一种用于控制往复式压缩机驱动的装置，通过根据用户设定的冲程参考值改变内部冲程，可控制制冷容量，该装置包括：

存储单元，用于存储与制冷容量变化量相对应的电流偏差值；

加法单元，用于根据用户所改变的冰箱的制冷容量，把电流偏差值加到施加在压缩机上的电流值上；

微型计算机，用于产生与在加法单元中相加得到的电流值相对应的切换控制信号；

和供电单元，用于根据切换控制信号，通过把相加得到的电流提供到压缩机上而控制压缩机的驱动。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于如果用户把冰箱的一种模式转换成制冷容量可改变的模式，该微型计算机就检测与存储单元中的制冷容量变化量相对应的电流参考值。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于利用等式 $\mathrm{\Δi}=k\frac{\mathrm{\Δx}}{\mathrm{\α}}$ 计算电流偏差，其中Δi为电流偏差值，α为压缩机中的电动机系数(电动机的输入电流产生的电动机力)，Δx为冲程的位移偏差值，而k为弹簧的机械系数。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于该位移偏差值是指冲程中心点的移动量，而且是冲程变化量的一半。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于利用等式 $\mathrm{\Δi}=k\frac{\mathrm{\Δx}}{\mathrm{\α}}$ 计算电流偏差，并把该电流偏差值预先存储在存储单元中，其中Δi为电流偏差值，α为压缩机中的电动机系数(电动机的输入电流产生的电动机力)，Δx为冲程的位移偏差值，而k为弹簧的机械系数，并根据制冷容量的变化量设定冲程的移动偏差值，而且把该移动偏差值存储在存储单元中。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于可移动部件利用往复式压缩机中的电动机产生的磁通量而直线运动。

7.一种用于控制往复式压缩机驱动的方法，通过根据用户设定的冲程参考值改变内部冲程，可控制制冷容量，该方法包括如下步骤：

检测与制冷容量变化量相对应的电流偏差值；

根据用户改变的制冷容量，把电流偏差值加到施加在压缩机上的电流值上；和

把相加得到的电流提供到压缩机上。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于制冷容量变化量是根据用户的要求确定的。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于利用等式 $\mathrm{\Δi}=k\frac{\mathrm{\Δx}}{\mathrm{\α}}$ 计算电流偏差，其中Δi为电流偏差值，α为压缩机中的电动机系数，Δx为冲程的位移偏差值，而k为弹簧的机械系数。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于该位移偏差值是指冲程中心点的移动量，而且是冲程变化量的一半。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于利用等式 $\mathrm{\Δi}=k\frac{\mathrm{\Δx}}{\mathrm{\α}}$ 计算电流偏差，并把该电流偏差值预先存储在存储单元中，其中Δi为电流偏差值，α为压缩机中的电动机系数，Δx为冲程的位移偏差值，而k为弹簧的机械系数，并根据制冷容量的变化量设定冲程的移动偏差值，而且把该移动偏差值存储在存储单元中。

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