CN1447881A - 用于控制往复式压缩机的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了用于控制往复式压缩机的能够低廉并精确地控制汽缸中的活塞位置的装置和方法，其中根据活塞冲程的方波和供给压缩机的电流的方波之间的相位差的信息使上死点间隙最小化。该装置包括：驱动部分，用于响应控制信号通过改变点火角度来驱动往复式压缩机；电流相位检测部分，用于输出相应于检测到的供给压缩机的电流的方波；冲程相位检测部分，用于输出相应于压缩机的冲程的方波；以及控制部分，用于根据从电流相位检测部分产生的方波和从冲程相位检测部分产生的方波之间的相位差来控制驱动部分的点火角度。

Description

用于控制往复式压缩机的装置和方法

技术领域

本发明涉及往复式压缩机，尤其涉及用于通过按照活塞冲程波形和往复式压缩机的当前波形之间的相位差控制输出电压来控制往复式压缩机的装置和方法。

背景技术

近来，往复式压缩机已经被开发用于在冰箱等装置中压缩制冷气体。

美国专利No.5,342,176披露了使用线性运动电动机的往复式压缩机和用于控制该往复式压缩机的活塞冲程的方法。

图1是示出美国专利No.5,342,176中披露的往复式压缩机的结构的截面图，图2是示出用于控制图1中所示制冷剂的活塞冲程的压缩机控制装置的方框图。

如图1所示，按照传统的往复式压缩机，响应磁铁4上的力，活塞1在气缸2中往复运动，该活塞通过轭铁3连接至磁铁。磁铁上的力由线圈5中的电流建立的磁场产生。通过将活塞1连接至弹簧6的轭铁传送活塞运动，弹簧6具有弹性常数K。在向下活塞运动过程中，在吸入压力下的气体或蒸汽通过单向阀(check valve)7被吸入气缸，该吸入压力是在周围的空间9中和在压缩机内部空间10中的压力。在活塞的向上运动中，气体或蒸汽开始被压缩直至气缸中的压力超过排放压力，即，排放管11中的压力，此时单向阀8打开且通过活塞的继续向上运动将气体或蒸汽推入排放管。

现在将详述如上描述的用于控制往复式压缩机的传统装置。

如图2所示，往复式压缩机包括：电压检测部分13，被连接至线圈5的输入终端，用于检测施加给线圈的是时间函数的电压；电流检测部分12，被连接至线圈5，用于检测通过线圈的是时间函数的电流；计算部分14，用于使用电压和电流检测部分13和12检测到的电压和电流值计算活塞的速率并由活塞的速率运算(operating)活塞冲程；以及命令部分15，用于比较在计算部分14运算出的冲程值和预定电压值，确定目标输出电压以补偿冲程值和预定电压值之间的差，并命令其进入驱动部分16。

下面将描述用于控制现有往复式压缩机的传统方法。

输入预定末端位移值(顶部和底部死点(dead point))。

借助在特定值将电能供给压缩机的电动机，供给压缩机的线圈的电压和电流作为时间的函数分别被检测。

使用检测到的电压和电流测量活塞的位移值。

通过将测量到的位移值和预定位移值比较，输出相应于比较结果的误差信号。

供给电动机的线圈的电压相应于误差信号而被改变以最小化误差信号。

下面将描述用于输出误差信号的步骤。

[方程1]

ν＝(1/α)(V-L(dI/dt)-IR)

其中，α是传输常数，V是施加给线圈的电压，I是从线圈检测到的电流，R是线圈阻抗，L是线圈电感，t是时间。

根据方程1由检测到的电压和电流计算出作为时间的函数的往复式活塞的速率ν。计算出的速率作为时间的函数被积分以计算作为时间的函数的活塞位移的交变部分(交变分量，alternatingcomponent)。计算出的速率作为时间的函数被微分以计算作为时间的函数的活塞的加速度。

当计算出的速率为零时，检测到位移的交变部分。同时，在吸引相期间(移向底部死点)，位移的交变部分、加速度及电流被检测。根据下边的方程2在其偏移(excursion)的末端计算往复的活塞的位移。

[方程2]

Xc＝x_i-x_o+(αa/K)I_o-(M/K)A_o

其中，Xc是末端位移，x_i是速率为零时的交变位移，x_o是同时被检测到的交变位移，A_o是同时被检测到的加速度，I_o是同时被检测到的电流，M是往复物体的质量，K是弹簧的弹性常数。

通过将命令信号和计算出的末端位移信号Xc比较，产生误差信号。

使用上述位移-电压反馈的用于控制往复式压缩机的现有装置和方法有以下缺陷。

首先，因为活塞位移死点的临界值不得不被精确计算，活塞位移死点的临界值的复杂计算导致误差。特别地，有必要执行如方程1和2的复杂计算，从而产生计算误差。

第二，由于像计算机那样的昂贵装置被用来执行该复杂计算，成本增加。

最后，根据美国专利，预先确定将被控制的理想位移死点后，电压被以使其接近预定位移的方式控制。如果压缩机被继续使用，尽管由于机器磨损而产生理想位移的改变，仍使用预定位移控制压缩机。因此，不可能精确地控制压缩机。

日本专利披露出版物hei9-112438披露了用于控制往复式压缩机的装置和方法，其中根据谐振频率调整工作频率以使其效率不被降低，尽管由于载荷波动(fluctuation)而引起的气体弹性系数的变化可能改变谐振频率。

图3是日本专利披露出版物hei9-112438中披露的一个用于往复式压缩机的传统控制装置的方框图，图4是日本专利披露出版物hei9-112438中披露的另一用于往复式压缩机的传统控制装置的方框图。

图3中示出的用于往复式压缩机的传统控制装置包括：交流电源部分21，用于供应驱动电能给压缩机27，并具有输出电压的可控制频率；电压检测部分22，用于检测从交流电源部分21输出给压缩机27的输出电压；电流检测部分23，用于检测从交流电源部分21流至压缩机27的电流；相位检测部分24，用于检测在从电压检测部分22检测到的输出电压和从电流检测部分23检测到的电流的相位差，以及控制部分25，用于相应于从相位检测部分24检测到的相位差补偿交流电源部分21的输出电压频率并使频率与压缩机活塞的谐振频率一致。

下面将描述往复式压缩机的传统控制方法。

如果从交流电源部分21将驱动电能供给往复式压缩机27，往复式压缩机被驱动。此时，电压检测部分22和电流检测部分23分别检测施加给压缩机的电流和电压。

相位检测部分24基于检测到的电压值V和电流值I的波形相位计算时限(timing)，并基于计算结果计算电流I和电压V的相位差Dp。

控制部分25计算相应于相位差Dp的频率补偿量F，并相应于频率控制量Ff(Ff＝Ff+F)输出频率控制信号给交流电源部分21。

即使由于载荷波动而使活塞的谐振频率Fc波动，交流电源部分的输出电压V的频率F被控制以与谐振频率Fc一致。

另外，图4中所示的用于往复式压缩机的控制装置包括：交流电源部分21，用于供给驱动电能给压缩机27并具有输出电压的可控制频率；电压检测部分22，用于检测从交流电源部分21输出给压缩机27的输出电压；电流检测部分23，用于检测从交流电源部分21流至压缩机27的电流；速率检测部分26，用于根据电压检测部分22和电流检测部分23的检测结果检测压缩机27的活塞速率；以及频率控制部分28，用于检测从电流检测部分23检测到的电流和从速率检测部分26检测到的速率之间的相位差，以相应于检测到的相位差补偿交流电源部分21的输出电压的频率，并使该频率和压缩机活塞的谐振频率一致。交流电源部分21包括直流电源部分21a，用于供应直流电能；以及反相器21b，用于根据频率控制部分28调整从直流电源部分21a输出的电压的频率。

下面将描述往复式压缩机的传统控制方法。

从交流电源部分21流至压缩机的电流I的相位差Dpie和活塞速率与电压V的相位差Dpve将与谐振频率Fc一致，从而变为零级。还有，如果驱动频率F高于谐振频率Fc，电流I的相位在速率v的相位之前。如果驱动频率F低于谐振频率Fc，电流I的相位在速率v的相位之后。从而，使用取决于载荷的谐振频率Fc变量控制压缩机，以便如果电流I的相位在速率v的相位之前，降低驱动频率F，而如果电流I的相位超过速率v的相位，提高驱动频率F。

然而，日本专利披露出版物中披露的用于控制往复式压缩机的现有装置和方法具有以下缺陷。

为了控制供给压缩机的电能的频率，不得不提供昂贵的装置(反相器)。从而，由于增加了组件的成本，所以不可能提供廉价的控制装置。

发明内容

因此，本发明的目的是解决现有技术中涉及的问题并提供用于控制往复式压缩机的能够低廉并精确地控制压缩机活塞冲程的装置和方法。

为了实现上述目的，本发明的特征在于根据活塞冲程波形和供给压缩机的电流波形之间的相位差控制将施加给压缩机的输出电压。

在本发明中，根据冲程和电流之间的相位差确定往复式压缩机的活塞冲程的上死点间隙(top clearance)。通过一项研究发现，当相位差达到最小值时，上死点间隙变为零。

另外，可仅通过冲程变化图案(pattern)以及电流变化图案精确地检测冲程和电流之间的相位差。仅检测冲程变化不需要精确的装置。

该研究可以提供用于控制往复式压缩机的能够低廉并精确地控制活塞冲程的装置。特别地，在供给压缩机的电动机的电流相位和冲程相位之间的相位差被置于变动点，当具有该设置相位差时，输入电压被确定为目标输出电压。

在本发明的一个方面，提供了用于控制往复式压缩机的装置，包括：驱动部分，用于通过相应于控制信号改变点火角度驱动往复式压缩机；电流相位检测部分，用于相应于施加给压缩机的检测到的电流输出方波；冲程相位检测部分，用于相应于压缩机的冲程输出方波；以及控制部分，用于根据从电流相位检测部分产生的方波和控制冲程相位检测部分产生的方波之间的相位差控制驱动部分的点火角度。

该电流相位检测部分包括电流检测部分，用于检测施加给压缩机的电流以输出检测到的电流值；以及第一方波生成部分，用于相应于从电流检测部分检测到的电流输出第一方波。

该电流相位检测部分还包括积分部分(integrating section)，用于将从电流检测部分检测到的电流积分以输出积分电流给第一方波生成部分。

该冲程相位检测部分包括电压检测部分，用于检测施加给压缩机的电压；冲程计算部分，用于基于从电压检测部分检测到的电压和从电流检测部分检测到的电流计算冲程；以及第二方波生成部分，用于相应于从冲程计算部分计算出的冲程生成第二方波，以将该第二方波输出给控制部分。

该控制部分包括相位差测量部分，用于测量从电流相位检测部分输出的电流波形和从冲程相位检测部分输出的冲程波形之间的相位差；以及输出电压命令部分，用于根据从相位差测量部分测量到的相位差的大小确定目标输出电压。

该输出电压命令部分包括相位差存储部分，用于存储从相位差测量部分检测到的相位差；相位差比较部分，用于将存储在相位差存储部分的相位差和从相位差测量部分测量到的相位差进行比较；以及确定部分，用于根据来自相位差比较部分的比较结果确定将被供给压缩机的电压，并输出相位差存储部分的写入信号。

该确定部分确定当相位差达到最小值时上死点间隙是否为零。

该确定部分输出写入信号以便当从相位差测量部分检测到的相位差低于存储在相位差存储部分的相位差时，该相位差存储部分存储从相位差测量部分检测到的相位差。

该驱动部分包括TRIAC，用于响应控制信号将电能供给压缩机；以及相位控制部分，用于控制用于根据从控制部分输出的控制信号控制压缩机冲程的点火角度，并输出信号给TRIAC。

TRIAC根据从相位控制部分输出的点火角度交换电能。

该装置还包括零交叉检测部分，用于检测从驱动部分供给的电能的电压的零交叉。

在本发明的另一方面，提供了用于控制往复式压缩机的方法，该方法包括以下步骤：a)通过改变点火角度驱动压缩机，并测量当点火角度改变时供给压缩机的电流相位和压缩机的冲程相位之间的相位差；以及b)比较测量到的相位差，并在相应于相位差的拐点(inflection point)的点火角度驱动压缩机。

在该拐点，相位差达到最小值。

通过检测供给压缩机的电流并整合检测到的电流生成电流相位。

在检测供给压缩机的电压和电流并使用检测到的电压和电流估算冲程后，根据估算值输出作为脉冲的冲程相位。

该步骤包括以下步骤：当在点火的初始角度驱动压缩机时存储相位差；通过朝希望的方向改变点火角度测量相位差；将测量出的相位差和预先存储的相位差进行比较；如果测量出的相位差小于存储的相位差，用测量出的相位差替换存储的相位差；以及通过朝相同方向改变点火角度重复进行测量、比较和替换步骤。

该方法还包括如果测量出的相位差大于初始存储的相位差，朝相对于先前变化的方向的方向改变点火角度的步骤。

如果测量出的相位差大于先前存储的相位差，通过识别作为先前步骤的拐点的点火角度来控制压缩机。

在步骤a，通过在早期步骤设置点火角度以将充分小值的电量供给压缩机并通过改变点火角度以将逐渐增加的电量供给压缩机来测量相位差，且在步骤b，当测量出的相位差大于先前存储的相位差时，通过识别作为先前步骤拐点的点火角度来控制压缩机。

在本发明的再一方面，提供了用于控制往复式压缩机的方法，该方法包括以下步骤：a)通过在希望的点火角度驱动压缩机，测量并存储相应于供给压缩机的电流的第一方波和相应于压缩机的估算冲程的第二方波之间的相位差；b)通过在变化的点火角度朝希望的方向驱动压缩机，测量相应于供给压缩机的电流的第一方波和相应于估算的压缩机冲程的第二方波的相位差；c)如果测量出的相位差大于存储的相位差，将测量出的相位差与存储的相位差进行比较，如果测量出的相位差大于存储的相位差，朝相反的方向改变点火角度，如果测量出的相位差小于存储的相位差，用测量出的相位差替换存储的相位差并朝相同的方向改变点火角度；以及d)重复步骤b和c以在相位差偏转的点驱动压缩机。

在本发明的再一方面中，提供了用于控制往复式压缩机的方法，该方法包括以下步骤：a)通过在初始点火角度驱动压缩机来测量和存储相应于供应给压缩机的第一方波和相应于压缩机的冲程的第二方波之间的相位差；b)通过在变化的点火角度驱动压缩机来测量第一方波和第二方波之间的相位差；以及c)将测量过的相位差与存储的相位差进行比较，以改变点火角度以使测量过的相位差小于存储的相位差，并在相位差最小化的点火角度控制压缩机。

在本发明的再一方面中，提供了用于控制往复式压缩机的活塞位置的方法，该方法包括以下步骤：a)压缩机在特定的点火角度生成相应于供给压缩机的电流的第一方波；b)生成相应于压缩机的冲程的第二方波；以及c)根据第一和第二方波之间的相位差调整点火角度以控制压缩机的操作。

在步骤c，输入用于控制活塞的控制信号以便根据第一和第二方波之间的相位差将上死点间隙(top clearance)最小化。

在本发明的另一方面中，提供了用于控制往复式压缩机的方法，该方法包括以下步骤：a)将相应于载荷的电流和冲程之间的相位差制表并存储；b)测量当前载荷，并从表中读取相应于测量出的载荷的相位差；c)通过在初始点火角度驱动压缩机来测量供给压缩机的电流和压缩机的冲程之间的相位差；以及d)将测量出的相位差与读取的相位差进行比较以改变点火角度以使测量出的相位差接近读取的相位差。

步骤c包括以下步骤：检测供给压缩机的电流并生成相应于电流的第一方波，检测供给压缩机的电压，使用检测到的电压和电流计算压缩机的冲程，生成相应于计算出的冲程的第二方波，以及测量第一和第二方波之间的相位差。

通过将检测出的电流积分生成第一方波。

在步骤c，设置点火的初始角度以使供给压缩机的电流和压缩机的冲程之间的相位差充分大于该读取的相位差，以及在步骤d，通过控制点火角度以使供给压缩机的电流和压缩机的冲程之间的相位差被逐渐减少，并通过将测量出的相位差与读取的相位差进行比较，当测量出的相位差小于读取的相位差时，在先前的点火角度控制压缩机。

附图简要说明

通过参照附图描述优选实施例，本发明的上述目的、其它特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是示出美国专利No.5,342,176中披露的往复式压缩机的结构的截面图。

图2是示出用于控制图1中所示制冷剂的活塞冲程的压缩机控制装置的方框图。

图3是日本专利披露出版物hei9-112438中披露的一个用于往复式压缩机的传统控制装置的方框图。

图4是日本专利披露出版物hei9-112438中披露的另一用于往复式压缩机的传统控制装置的方框图。

图5是根据本发明的第一优选实施例的用于控制往复式压缩机的装置的方框图。

图6是图5中的控制部分的详细图示。

图7a至7h是示出从图5的每一部分输出波形的图示。

图8a和8b是示出根据本发明的电流相位和冲程相位之间的相位差的图示。

图9是示出根据本发明的在电流相位和冲程相位的特定压力下的变化的图示。

图10是示出根据本发明的实施例的用于控制往复式压缩机的方法的流程图。

图11是根据本发明的第二优选实施例用于控制往复式压缩机的流程图，其中根据载荷控制冲程。

本发明的最佳实施方式

现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。

图5是根据本发明的第一优选实施例的用于控制往复式压缩机的装置的方框图，以及图6是图5中的控制部分的详细图示。

如图5所示，根据本发明的第一优选实施例的往复式压缩机的控制装置包括：电源部分100，用于供给通用电能(100V至220V的交流电)；TRIAC110，用于响应控制信号交换从电源部分100供给的通用电能；电流相位检测部分30，用于通过TRIAC110检测供给压缩机的电流以产生相应于检测到的电流的第一方波；电动机40，用于根据从TRIAC110供给的通用电能使活塞在压缩机的缸体中往复运动；冲程相位检测部分50，用于输出相应于根据活塞的线性运动的位置的第二方波；零交叉检测部分60，用于检测从电源部分100供给的通用电能的零交叉；控制部分70，用于根据电流相位检测部分30生成的第一方波和冲程相位检测部分90生成的第二方波之间的相位差输出用于控制活塞位置的控制信号；以及相位控制部分80，用于根据控制部分70输出的控制信号控制用于控制压缩机的点火角度，以及输出信号给TRIAC110。

电流相位检测部分30包括通过TRIAC100交换的电流检测部分31以检测供给压缩机的电动机40的电流，积分部分32，用于将从电流检测部分检测出的电流积分，以及第一方波生成部分33，用于生成相应于来自积分部分32的积分电流的第一方波。

冲程相位检测部分50包括电压检测部分53，用于检测供给压缩机的电动机的电压；冲程计算部分51，用于根据活塞的往复运动根据从电压检测部分53检测出的电压值及从电流检测部分32检测出的电流值来计算冲程；以及第二方波生成部分52，用于生成相应于从冲程计算部分51计算出的冲程的第二方波。

控制部分70包括相位差测量部分71，用于测量从电流相位检测部分30输出的第一方波和从冲程相位检测部分50输出的第二方波之间的相位差；相位差存储部分72，用于根据控制信号存储从相位差测量部分72检测出的相位差；相位差比较部分73，用于将存储在相位差存储部分72中的相位差与从相位差测量部分71测量出的相位差进行比较；以及确定部分74，用于根据来自相位差比较部分的比较结果确定点火角度的度数，并输出相位差存储部分72的存储的使能(enable)信号。

下面将描述根据本发明的用于控制往复式压缩机的方法。

图7a至7h是示出从图5的每一部分输出的波形的图示，图8a和8b是示出根据本发明的电流相位和冲程相位之间的相位差的图示，以及图9是示出根据本发明的在电流相位和冲程相位的特定压力下的变化的图示。图10是示出根据本发明的第一实施例的用于控制往复式压缩机的方法的流程图。

首先，将根据本发明的第一实施例描述压缩机的控制方法。

如果将具有恒定频率的通用电流供给电源部分100，如图7a所示，相位控制部分80根据点火的特定角度将触发信号施加给TRIAC110以驱动压缩机的电动机40(步骤1S)。

电流检测部分31和电压检测部分53分别检测供给压缩机的电动机的电能的电流和电压(步骤2S)。此时，如图7c所示，检测从电流检测部分检测到的电流，如图7d所示，检测从电压检测部分53检测到的电压(电动机的反电动势)。

相应于从电流相位检测部分30检测出的电流的第一方波被输出给控制部分70(步骤3S)。

特别地，如图7e所示，电流相位检测部分30的积分部分32将从电流检测部分31检测到的电流积分并输出，以及如图7f所示，第一方波生成部分33生成相应于积分值的第一方波并将其输出给控制部分70。

此时，冲程相位检测部分50根据活塞的往复运动估算冲程(步骤4S)，并根据往复活塞的位置生成交流电压波形和生成相应于交流电压波形的第二方波(步骤5S)，其中频率被保持而振幅被改变。

通过下面的方程执行冲程估算。 $X=\frac{1}{a}\∫(\mathrm{Vm}-\mathrm{Ri}-L\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}})\mathrm{dt}$

其中，Vm是供给电动机的两个端子的电压，I是供给电动机的电流，R是电动机线圈的阻抗，以及L是电动机线圈的电感。

冲程相位检测部分50的冲程计算部分51根据往复活塞的位置生成交流电压波形，其中频率被保持而振幅被改变，第二方波生成部分52生成相应于从冲程计算部分51生成的交流电压波形的第二方波，如图7h所示。

并且，零交叉检测部分60检测从电源部分100供应的AC220V的零交叉。

利用零交叉检测部分60的信号，控制部分70检测从电流相位检测部分30输出的第一方波和从冲程相位检测部分50输出的第二方波之间的相位差(步骤6S)，并将检测到的相位差与存储的相位差进行比较(步骤7S至10S)且根据比较结果输出用于控制活塞位置的信号(步骤11S至15S)。

特别地，控制部分70的相位差检测部分71检测从电流相位检测部分30(如图8a所示)输出的第一方波和从冲程相位检测部分50(如图8b所示)输出的第二方波之间的相位差(步骤6S)。对第二方波的下行沿和第一方波的下行沿之间的间隙(D1)、第二方波的下行沿和第一方波的上行沿之间的间隙(D2)、第二方波的上行沿和第一方波的下行沿之间的间隙(D3)、第二方波的上行沿和第一方波的上行沿之间的间隙(D4)的检测是无关紧要的。

此时，由于在早期步骤没有先前的相位差(步骤7S)，检测到的相位差被存储在相位差存储部分72(步骤8S)，朝特定方向改变点火角度以驱动压缩机(步骤9S)。然后，重复过程(步骤2S至7S)。

如果通过重复上述过程重新检测到相位差(步骤7S)，控制部分70的相位差比较部分73将当前检测到的相位差与存储的相位差进行比较(步骤10S)，且控制部分70的确定部分74输出用于根据比较结果控制点火角度的可变方向的信号，并同时输出用于命令相位差存储部分72是否存储当前检测到的相位差的使能信号。从而，相位控制部分80根据从控制部分70的确定部分74输出的控制信号控制TRIAC110的点火角度。

特别地，如果控制部分70将当前检测到的相位差和存储的相位差进行比较(步骤10S)，且如果当前检测到的相位差低于存储的相位差(步骤11S)，重新存储当前检测到的相位差(步骤12S)，并将用于命令点火角度朝先前变化(varied)的方向改变的控制信号输出给相位差控制部分80以改变点火角度(步骤13S)。例如，如果朝较大方向改变变化的点火角度，点火角度更加增大，且如果朝较小方向改变变化的点火角度，点火角度更加减小。

相反，如果控制部分70将当前检测到的相位差与存储的相位差个进行比较(步骤10S)，且如果当前检测到的相位差大于存储的相位差(步骤11S)，不存储当前检测到的相位差，且先前存储的相位差被持续保持。用于命令点火角度朝先前变化方向的相反方向改变的控制信号被输出给相位差控制部分80以改变点火角度(步骤14S)。例如，如果朝较大方向改变变化的点火角度，点火角度更加增大，且如果朝较小方向改变变化的点火角度，点火角度更加减小。

如果上述过程被重复以允许存储的相位差和当前检测到的相位差彼此相等(步骤11S和14S)，控制压缩机的冲程，从而提供最大效率。

图9示出在此处相位差达到最小值的拐点。应当将拐点看作是活塞的上死点间隙的零点。

在相位控制中，如果在足够大值的初始点火角度处驱动压缩机，其控制点火角度朝逐渐减小的方向改变。如果此刻相位差变大，通过在先前步骤控制的点火角度控制压缩机。换句话说，在拐点通过点火角度控制压缩机。

从而，TRIAC110根据从相位控制部分80输出的点火角度交换从电源部分100供给的电压，并且，随着重复上述步骤，控制部分70控制压缩机的活塞，以使上死点间隙(top clearance)最小化。

下面将根据本发明的第二优选实施例描述用于控制往复式压缩机的方法。

图11是根据本发明的第二优选实施例用于控制往复式压缩机的流程图，其中根据载荷控制冲程。

本发明的实施例根据载荷控制压缩机活塞的冲程，其中如果载荷较小，活塞冲程被控制为较小，而如果载荷较大，活塞冲程被控制为较大。从而，上死点间隙(top clearance)没有达到最小值，但压缩机被控制为具有相应于载荷的上死点间隙(top clearance)。

相应于取决于作用在压缩机上的载荷的活塞冲程的电流相位和冲程之间的相位差被通过若干次实验制表并储存(步骤21S)。

控制部分70测量冰箱的载荷(步骤22S)。本领域技术人员熟知测量压缩机载荷的方法。通过检测冰箱内部的温度、流经热交换机的冷却剂的温度、或冰箱周围的温度来测量载荷。从表中读取相位差(相应于测量的载荷)(步骤23S)。

相位控制部分80根据特定的点火角度将触发信号施加给TRIAC110，以驱动压缩机的电动机40(步骤24S)。

电流检测部分31和电压检测部分53分别检测供给压缩机的电动机的电能的电流和电压(步骤25S)。从电流相位检测部分30中检测出的相应于电流的第一方波被输出给控制部分70(步骤26S)。此时，冲程相位检测部分50根据活塞的往复运动估算冲程(步骤27S)，并生成交流电压波形和生成相应于交流电压波形的第二方波(步骤28S)。

通过以下方程执行冲程估算。 $X=\frac{1}{a}\∫(\mathrm{Vm}-\mathrm{Ri}-L\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}})\mathrm{dt}$

其中，Vm是供给电动机的两个端子的电压，I是供给电动机的电流，R是电动机线圈的阻抗，以及L是电动机线圈的电感。

并且，零交叉检测部分60检测从电源部分100供应的AC220V的零交叉。

控制部分70利用零交叉检测部分60的信号来检测从电流相位检测部分30输出的第一万波和从冲程相位检测部分50输出的第二方波的相位差β(步骤29S)，并将检测到的相位差β与相应于从表中读取的当前载荷的相位差α进行比较(步骤30S)。

如果读取的相位差α小于测量出的相位差β(步骤31S)，TRIAC110的点火角度以使从电流相位检测部分30检测到的电流相位和从冲程相位检测部分50检测到的冲程相位之间的相位差变小的方式被改变(步骤32S)。如果读取的相位差α大于测量出的相位差β(步骤31S)，TRIAC110的点火角度以使从电流相位检测部分30检测到的电流相位和从冲程相位检测部分50检测到的冲程相位之间的相位差变大的方式被改变(步骤33S)。此时，改变点火角度的方法类似于本发明的第一实施例的方法。

如果重复上述过程以使相应于载荷的相位差与检测到的相位差类似(步骤25S至33S)，控制压缩机使其在适合载荷的冲程下被操作是可能的。

根据本发明用于控制往复式压缩机的装置和方法提供了以下效果。

控制汽缸中活塞的位置以便基于由相位控制产生的电流方波和由冲程产生的方波之间的相位差信息使上死点间隙(topclearance)最小化。因此，由于不需要复杂的操作，往复式压缩机可被控制为使用低廉的成本而具有最大效率。

由于压缩机被相应于载荷的冲程控制，不必在要求的时间期间驱动压缩机且在要求的时间期间停止压缩机，因此延长了压缩机的使用寿命并使压缩机的噪音最小化。

此时，由于在早期步骤没有先前的相位差(步骤7S)，检测到的相位差被存储在相位差存储部分72(步骤8S)，朝特定方向改变点火角度以驱动压缩机(步骤9S)。然后，重复过程(步骤2S至7S)。

如果通过上述过程重新检测相位差(步骤7S)，控制部分70的相位差比较部分73将当前检测到的相位差与存储的相位差进行比较(步骤10S)，且控制部分70的确定部分74根据比较结果输出用于控制点火角度的可变方向的信号，同时输出用于命令相位差存储部分72是否存储当前检测到的相位差的使能信号。从而，相位控制部分80根据从控制部分70的确定部分74输出的控制信号控制TRIAC110的点火角度。

特别地，如果控制部分70将当前检测到的相位差与存储的相位差进行比较(步骤10S)，且如果当前检测出的相位差低于存储的相位差(步骤11S)，当前检测出的相位差被重新存储(步骤12S)，且用于命令将朝先前变化的方向改变的点火角度的控制信号被输出给相位差控制部分80以改变点火角度(步骤13S)。例如，如果朝较大方向改变变化的点火角度，点火角度更加增大，且如果朝较小方向改变变化的点火角度，点火角度更加减小。

相反，如果控制部分70将当前检测到的相位差与存储的相位差进行比较(步骤10S)，且如果当前检测到的相位差大于存储的相位差(步骤11S)，不存储当前检测到的相位差，且持续保持先前存储的相位差。用于命令点火角度朝先前方向的相反方向改变的控制信号被输出给相位差控制部分80以改变点火角度(步骤14S)。例如，如果朝较大方向改变被改变的点火角度，点火角度更加增大，如果朝较小方向改变变化的点火角度，点火角度更加减小。

如果上述过程被重复以允许存储的相位差和当前检测到的相位差彼此相等(步骤11S和14S)，控制压缩机的冲程，从而提供最大效率。

工业适用性

由上述描述显而易见，根据本发明，由于汽缸中活塞的位置被控制以便根据电流的方波和冲程的方波之间的相位差信息使上死点间隙最小化，不需要复杂的计算，从而低廉且高效地控制了往复式压缩机并改善了其可靠性。

由于压缩机被相应于载荷的冲程控制，因而不必在持续的期间驱动和停止压缩机，从而延长了压缩机的使用寿命并使压缩机的噪音最小化。

Claims (27)

1.用于控制往复式压缩机的装置，所述装置包括：

驱动部分，用于响应控制信号通过改变点火角度来驱动往复式压缩机；

电流相位检测部分，用于输出相应于检测到的供给所述压缩机的电流的方波；

冲程相位检测部分，用于输出相应于压缩机冲程的方波；以及

控制部分，用于根据从所述电流相位检测部分产生的方波和从所述冲程相位检测部分产生的方波之间的相位差来控制所述驱动部分的点火角度。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电流相位检测部分包括电流检测部分，用于检测供给所述压缩机的电流以输出检测到的电流值，以及第一方波生成部分，用于输出相应于从所述电流检测部分检测到的所述电流的第一方波。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述电流相位检测部分还包括积分部分，用于将从所述电流检测部分检测到的电流积分以将被积分的电流输出给所述第一方波生成部分。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述冲程相位检测部分包括电压检测部分，用于检测供给所述压缩机的电压；冲程计算部分，用于基于从所述电压检测部分检测到的电压计算冲程；以及第二方波生成部分，用于生成相应于从所述计算部分计算出的冲程的第二方波以输出第二方波给所述控制部分。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制部分包括相位差测量部分，用于测量从所述电流相位检测部分输出的电流波形和从所述冲程相位检测部分输出的冲程波形之间的相位差；以及输出电压命令部分，用于根据从所述相位差测量部分测量到的相位差的大小确定目标输出电压。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述输出电压命令部分包括相位差存储部分，用于存储从所述相位差测量部分检测到的相位差；相位差比较部分，用于将存储在所述相位差存储部分的相位差与从所述相位差测量部分测量出的相位差进行比较；以及确定部分，用于根据来自所述相位差比较部分的比较结果确定将供给所述压缩机的电压并输出所述相位差存储部分的写允许信号(write enable signal)。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述确定部分确定当所述相位差被最小化时上死点间隙(top of clearance)是否为零。

8.根据权利要求6所述的装置，其中所述确定部分输出写允许信号(write enable signal)以便当从所述相位差测量部分检测出的相位差低于存储在所述相位差存储部分的相位差时，所述相位差存储部分存储从所述相位差测量部分检测出的相位差。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述驱动部分包括TRIAC，用于响应控制信号将电能供给所述压缩机；以及相位控制部分，用于根据从所述控制部分输出的控制信号控制用于控制所述压缩机的冲程的点火角度，并将所述信号输出给所述TRIAC。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述TRIAC根据从所述相位控制部分输出的点火角度交换所述电能。

11.根据权利要求1所述的装置，还包括零交叉检测部分，用于检测从所述驱动部分供给的电能的电压的零交叉。

12.用于控制往复式压缩机的方法，所述方法包括以下步骤：

a)通过改变点火角度驱动压缩机，并当所述点火角度被改变时测量供给所述压缩机的电流相位和所述压缩机的冲程相位之间的相位差；以及

b)比较所述测量出的相位差，并在相应于所述相位差拐点的点火角度驱动所述压缩机。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述相位差在所述拐点处达到最小值。

14.根据权利要求12所述的方法，其中通过检测供给所述压缩机的电流并将所述检测出的电流积分生成所述电流相位。

15.根据权利要求12所述的方法，其中在检测供给所述压缩机的电压和电流并使用所述检测出的电压和电流估算冲程后所述冲程相位作为相应于估算值的脉冲被输出。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述步骤包括以下步骤：当在初始点火角度驱动所述压缩机时存储所述检测出的相位差；通过朝希望的方向改变点火角度来测量相位差；将测量出的相位差和先前存储的相位差进行比较；如果所述测量出的相位差小于所述存储的相位差，用所述测量出的相位差替换所述存储的相位差；以及通过朝相同的方向改变点火角度来重复所述测量、比较和替换步骤。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括以下步骤：如果所述测量出的相位差大于所述最初存储的相位差，朝与所述先前方向相反的方向改变点火角度。

18.根据权利要求16所述的方法，其中如果所述测量出的相位差大于所述先前存储的相位差，通过识别作为先前步骤拐点的点火角度来控制所述压缩机。

19.根据权利要求12所述的方法，其中在所述步骤a，通过设定点火角度以在早期步骤将充分小的电流量供给所述压缩机和通过改变点火角度以将逐渐增加的电流量供给所述压缩机来测量所述相位差，以及在步骤b，当所述测量出的相位差大于所述先前存储的相位差时，通过识别作为先前步骤的拐点的点火角度来控制所述压缩机。

20.用于控制往复式压缩机的方法，所述方法包括以下步骤：

a)通过朝希望的点火角度驱动所述压缩机来测量并存储在相应于供给所述压缩机的电流的第一方波和相应于所述压缩机的估算冲程的第二方波之间的相位差；

b)通过在变化的角度朝希望的方向驱动所述压缩机来测量相应于供给所述压缩机的电流的第一方波和相应于所述压缩机的估算冲程的第二方波之间的相位差；

c)将所述测量出的相位差与存储的相位差进行比较，如果所述测量的相位差大于所述存储的相位差，朝相反方向改变点火角度，如果所述测量出的相位差小于所述存储的相位差，用所述测量的相位差替换所述存储的相位差并朝相同方向改变点火角度；以及

d)重复步骤b和c以在所述相位差被偏转的点处驱动所述压缩机。

21.用于控制往复式压缩机的方法，所述方法包括以下步骤：

a)通过在初始的点火角度驱动所述压缩机来测量相应于供给所述压缩机的电流的第一方波和相应于所述压缩机的冲程的第二方波之间的相位差；

b)通过在变化的点火角度驱动所述压缩机来测量所述第一方波和所述第二方波之间的相位差；以及

c)将所述测量的相位差与存储的相位差进行比较，以改变点火角度以便所述测量出的相位差小于所述存储的相位差并在所述相位差被最小化的点火角度控制所述压缩机。

22.用于控制往复式压缩机的活塞位置的方法，所述方法包括以下步骤：

a)在特定点火角度的压缩机生成相应于供给所述压缩机的电流的第一方波；

b)生成相应于所述压缩机的冲程的第二方波；以及

c)根据所述第一和第二方波之间的相位差调整所述点火角度以控制所述压缩机的操作。

23.根据权利要求22所述的方法，其中在所述步骤c，用于控制所述活塞的控制信号被输出以便根据所述第一和第二方波之间的相位差使上死点间隙最小化。

24.用于控制往复式压缩机的方法，所述方法包括以下步骤：

a)将相应于载荷的电流与冲程之间的相位差制表并存储；

b)测量当前的载荷，并从所述表中读取相应于测量出的载荷的相位差；

c)通过在初始点火角度驱动所述压缩机来测量供给所述压缩机的电流和所述压缩机的冲程之间的相位差；以及

d)将所述测量出的相位差与所述读取的相位差相比较以改变点火角度以使所述测量出的相位差接近所述读取的相位差。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述步骤c包括以下步骤：检测供给所述压缩机的电流并生成相应于所述电流的第一方波；检测供给所述压缩机的电压；检测供给所述压缩机的电压，利用检测到的电压和电流计算所述压缩机的冲程；生成相应于所述计算出的冲程的第二方波；以及测量所述第一和第二方波之间的相位差。

26.根据权利要求25所述的方法，其中通过将所述检测到的电流积分生成所述第一方波。

27.根据权利要求24所述的方法，其中在步骤c，所述初始点火角度被设置以使供给所述压缩机的电流和所述压缩机的冲程之间的相位差充分大于所述读取的相位差，在步骤d，通过控制所述点火角度使供给所述压缩机的电流和所述压缩机的冲程之间的相位差逐渐减小，且通过将所述测量的相位差与所述读取的相位差进行比较，当所述测量出的相位差小于所述读取的相位差时在先前的点火角度控制所述压缩机。

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