CN1459568A - 往复运动式压缩机的运转控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种往复运动式压缩机的控制装置及方法属电动机或机电变换器控制、调节领域。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。本装置由以下部件及连接构成：负荷查寻部件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查寻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。控制方法主要包括负荷查寻、比较、设定、控制驱动手段，根据负荷确定并控制压缩机活塞的行程及冲程。

Description

往复运动式压缩机的运转控制装置及方法

                   技术领域

本发明属电动机或机电变换器控制调节领域，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。

                   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、负荷查寻电路框图，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)L.COMP(COMP)；

图1中：

10、供电电路，20、电流查寻部件，30、电压查寻部件，40、微电脑，M、马达，电机，Triac(Tri)、双向可控硅开关；

图4中：

10、供电电路，200、负荷查寻部件，300、控制部件，301、第一比较器，302冲程指令值设定器，303、冲程查寻部件，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。

                  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)和电压查寻部件(30)、电流查寻部件(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(L.COMP)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。电压查寻部件(30)在额定电压范围内加大冲程时，查寻往复运动式压缩部件(L.COMP)上所加的电压。电流查寻部件(20)是在额定电压范围内加大冲程时查寻流入往复运动式压缩部件(L.COMP)的电流。这时微电脑(40)是根据电压查寻部件(30)和电流查寻部件(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(L.COMP)输入电压。

首先，往复运动式压缩部件(L.COMP)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(Tri)时其导通周期加长，冲程也随之增加，这时电压查寻部件(30)和电流查寻部件(20)就探测输入往复运动式压缩部件(L.COMP)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)利用电压查寻部件(30)和电流查寻部件(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(Tri)的导通周期，增大输入往复运动式压缩部件(L.COMP)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(Triac)导通周期，而减小输入往复运动式压缩部件(L.COMP)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，探测冷却系统的负荷，根据探测出的负荷，逐步增加冲程，以驱动往复运动式压缩机。

上述负荷查寻是扇形查寻方法，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查寻，或感知往复运动式压缩机的开/关时间来查寻负荷。

往复运动式压缩机是具有比较典型的机械运动特征的非扇形特性(如噪音)，所以没有考虑其非扇形特性，而以扇形负荷查寻方式来控制冲程，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探测往复运动式压缩机最适合的运转条件，即探测上死点＝0(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(TDC＝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(TDC＝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，它是在考虑非扇形性的基础上查寻负荷，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及措施是：装置结构由以下部件与连接构成：负荷查寻部件(200)：其输入两端跨接于双向可控硅转换开关(Tri)两端，输出接第一比较器(301)的输入端，其上端接地；冲程查寻部件(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查寻部件(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)：其输入一端接冲程查寻部件(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(R)、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)；装置以电气信号当作负荷来探测，根据探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。查寻手段是把电路中的电气信号当作负荷来探测的，控制手段是根据上述查寻手段探测的负荷大小，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，驱动手段是利用上述控制手段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)。

本发明以如下几个阶段为特征：考虑在非扇形特性的基础上，将电路中的电气信号当作负荷来探测的第一阶段；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控制来控制运转的第四阶段。

以下参照往复运动式压缩机的运转控制装置及方法的图纸作详细说明其作用和效果。

图3为往复运动式压缩机运转控制装置的功能框图。它由如下部件组成：为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探测的负荷查寻部件框图(3)；上述负荷查寻电路框图(3)探测的负荷和额定负荷的额定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)。

                具体实施例

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。如图所示本运转控制装置是由如下部件组成：根据负荷的大小改变行程时，储存改变行程所依据的负荷界限，即负荷额定值及其相应的活塞行程的负荷极限值储存部件(400)；将加在三端双向可控硅开关(Triac)两端的电压当作负荷来探测的负荷查寻部件(200)；根据负荷查寻部件(200)探测到的负荷的大小来设定活塞的行程以及冲程指令值，并输出冲程指令值所发出的转换开关控制信号的控制部件(300)；根据控制部件(300)输出的转换开关控制信号，用三端双向可控硅开关(Triac)把交流电源转换成间歇式电源，以此输入电压来驱动马达的供电电路(10)。

上述控制部件(300)由如下部件组成：即探测活塞即时冲程的冲程查寻部件(303)；比较即时和负荷额定值，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(TDC＝0)的最适宜的活塞行程，并把电路的电气信号当作负荷来探测的第一阶段(SP1，SP2)；比较上述负荷和额定负荷值的第二阶段(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，并在探测出的负荷和负荷额定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。

负荷查寻部件(200)把三端双向可控硅开关两端的电压当作负荷来探测，并把它输入到控制部件(300)里，而冲程查寻部件(303)则利用加在马达的电压以及电流来探测冲程。

上述控制部件(300)是：根据上述负荷查寻部件(200)所探测的负荷大小，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值。

这时，第一比较器(301)将上述负荷查寻部件(200)的探测负荷值和负荷额定值相比较之后，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查寻部件(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开关(Triac)中，而三端双向可控硅开关(Triac)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探测的，也就是说，上述负荷是由如下几种方式来探测出的：即一种是把加在转换开关元件两端的电压当作负荷的探测方法，另一种是把马达两端的电压当作负荷的探测方法，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探测方法。

然后，把上述负荷和负荷额定值相比较，其结果如果负荷大于负荷额定值，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，在探测非扇形特性的负荷时，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。

这里对本发明的详细说明中所陈述的具体实例都是为了明确叙述本发明的技术内容而举出的例子，所以限于这种具体实例来作狭义的解释是不行的，在本发明的具体要求和如下所述的专利申请范围内可以实施各种变化。

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，考虑非扇形特性的情况下探测负荷的变化，然后根据探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。

Claims (21)

1.一种往复运动式压缩机的运转控制装置及方法由负荷查寻部件、比较部件、指令设定部件、控制部件、电源及其转换开关部件构成，其特征是：它由以下部件与连接构成：

负荷查寻部件(200)：其输入两端跨接于双向可控硅转换开关(Tri)两端，输出接第一比较器(301)的输入端，其上端接地，

冲程查寻部件(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查寻部件(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)：其输入一端接冲程查寻部件(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(R)、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)，

装置以电气信号当作负荷来探测，根据探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及方法，其特征在于：其控制手段是根据探测负荷的大小来设定活塞的行程并据活塞行程相应的速度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及方法，其特征是：其控制手段是根据探测负荷的大小来设定活塞行程并根据与活塞行程相应的活塞加速度指令值输出转换开关控制信号。

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及方法，其特征是：其控制手段是根据探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。

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及方法，其特征是：权项1-4的任意权项中控制包括以下各种手段即：

探测活塞即时冲程的查寻手段；

比较即时负荷和负荷额定值的大小，计算活塞相应行程的第一比较手段；

根据第一比较手段算出的活塞行程，设定冲程指令值的设定手段；

上述冲程指令值和活塞即时冲程相对指令值比较，输出其差值的第二比较手段；

根据第二比较器输出的差值输出控制冲程转换开关控制信号的转换开关控制手段。

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及方法，其特征是：设定手段是经过实验储存行程/冲程的储存手段。

7.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及方法，其特征是：设定手段为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。

8.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及方法，其特征是：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。

9.根据权利要求5所述的往复运动式压缩机的运转控制装置及方法，其特征是：其第1比较手段还包括一个储存手段，这个储存手段是经过实验储存的，为了随时改变行程，储存了改变行程所需的极限负荷值和与极限负荷值相应的活塞行程。

10.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及方法，其特征是：本申请第1项中的负荷查寻手段是把转换开关两端电压当作负荷来探测的手段。

11.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及方法，其特征是：本申请第1项中的查寻手段是把马达两端电压当作负荷来探测的手段。

12.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及方法，其特征是：本申请第1项中的查寻手段是把马达的电压和电流计算出来的电力当作负荷来探测的查寻手段。

13.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及方法，其特征是：本申请第1项中的查寻手段是将马达的电压和电流的相位差当作负荷来探测的查寻手段。

14.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及方法，其特征是：本申请项包括如下几个阶段为特征的往复运动式压缩机的运转控制方法：

即把电路中的电气信号当作负荷来探测的第1阶段；

把上述负荷和负荷极限值相比较的第2阶段；

根据上述比较的结果，设定活塞行程的第3阶段；

和上述活塞行程相应的速度来控制运转的第4阶段。

15.根据权利要求14所述的往复运动式压缩机的运转控制装置及方法，其特征是：本申请第14项的第2阶段，包括存储负荷极限值及与其相应的活塞行程的储存阶段。

16.根据权利要求14所述的往复运动式压缩机的运转控制装置及方法，其特征是：本申请第14项的第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过程。

17.根据权利要求14所述的往复运动式压缩机的运转控制装置及方法，其特征是：本申请第14项的第4阶段包括储存相对于各种活塞行程的速度。

18.根据权利要求14所述的往复运动式压缩机的运转控制装置及方法，其特征是：本申请是根据转换开关两端电压来探测第14项中的负荷的运转控制方法。

19.根据权利要求14所述的往复运动式压缩机的运转控制装置及方法，其特征是：本申请是根据马达两端电压来探测第14项的负荷的运转控制方法。

20.根据权利要求14所述的往复运动式压缩机的运转控制装置及方法，其特征是：本申请是根据马达的电压和电流计算的电力来探测第14项的负荷的运转控制方法。

21.根据权利要求14所述的往复运动式压缩机的运转控制装置及方法，其特征是：本申请是根据马达的电压和电流的相位差来探测第15项的负荷的运转控制方法。

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