CN1573106B - 用于控制直线式活塞压缩机运行的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

用于控制活塞压缩机运行的装置及其方法，通过计算频率决定常数，然后以计算出的频率决定常数为基础来决定运行频率，可以提高压缩机的工作效率。用于控制活塞压缩机运行的装置包括：以压缩机的行程值及供给到压缩机的电机的电流值为基础，于每个规定周期对频率决定常数进行计算的频率决定常数计算器；以计算出的频率决定常数为基础确定运行频率参考值的运行频率参考值确定单元；以及根据确定出的运行频率参考值对压缩机的运行频率进行变化的控制器。

Description

用于控制直线式活塞压缩机运行的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种活塞压缩机，且特别地涉及用于控制活塞压缩机运行的装置及其方法。

背景技术

通常，当活塞在汽缸内直线地往复移动时，活塞压缩机在高温和高压下对冷却装置内循环的制冷剂进行压缩。

活塞压缩机可以分为往复式压缩机和直线式压缩机。

在往复方式中，将一个曲柄轴连接于旋转式电机，并且将一个活塞连接于曲柄轴，从而利用旋转式电机的旋转动力使活塞往复地直线移动。另一方面，在直线方式中，将活塞直接连接于线性电机，从而利用线性电机的直线移动使活塞往复地直线移动。

如上所述，在直线式活塞压缩机中，并不需要将旋转运动转化为直线运动的曲柄轴，因而具有相对小的磨擦损失。由于这个原因，直线式活塞压缩机的压缩功效要高于普通压缩机。

另外，在直线方式的活塞压缩机中，由于能够通过调节供给到压缩机的电机(以下简称为电机)的电压来调节压缩机的压缩比，因此能够控制冷却装置的制冷能力。现在将参照图1说明用于控制活塞压缩机运行的装置。

图1是示出根据传统技术用于控制根据活塞压缩机运行的装置的结构方框图。

如图中所示，用于控制根据传统技术的活塞压缩机运行的装置包括：用于检测供给到电机的电压的电压检测计14；用于检测供给到电机的电流的电流检测计15；以测得的电流值、测得的电压值及电机的参数为基础来计算行程的行程计算器16；用于对行程估值与行程参考值进行比较并根据比较结果输出差值的比较器11；以及以所输出的差值为基础对供给到电机的电压进行变化从而控制电机行程的控制器12。

现在将参照图2，详细说明如上所述的根据传统技术的用于控制活塞压缩机运行的方法。

图2是示出根据传统技术的用于控制活塞压缩机运行的方法的工作流程图。

如图所示，根据传统技术的用于控制活塞压缩机运行的方法包括以下步骤：对供给电机的电压和电流进行检测(S21)；以测得的电压、测得的电流及电机参数为基础来计算行程估值(S22)比较计算出的行程估值和行程参考值(S23)；当行程估值大于行程参考值时，降低供给到电机的电压(S24)；而当行程估值小于行程参考值时增大供给到电机的电压(S25)。

现在将详细说明用于控制如上所述的活塞压缩机运行的方法。

首先，电压检测计14在每个规定时间对供给到电机的电压进行检测，然后将测得的电压输出到行程计算器16，且电流检测计15对供给到电机的电流进行检测，然后将测得的电流输出到行程计算器16(S21)。

行程计算器16将测得的电流、测得的电压及电机参数(例如电机的电阻，电机的感应系数)代入下面的公式1，计算行程估值，然后把计算出的行程估值输出到比较器11(S22)。

$X=\frac{1}{\mathrm{\α}}\∫(V_M-\mathrm{Ri}-\mathrm{Li})\mathrm{dt}$ ------------------(公式1)

在这里，α为电机常数，V_M为电机的电压，R为电机的电阻，L为电机的感应系数，i为电机的电流。

比较器11将输出的行程估值与行程参考值进行比较，并根据比较结果生成一个差值，然后将所生成的差值输出到控制器12(S23)。

控制器12以输入的差值为基础对供给到电机的电压加以变化，以此来控制压缩机的行程。这时，当行程估值大于行程参考值时，控制器12就减小供给到电机的电压(S24)。而当前者小于后者时，控制器12就增大供给到电机的电压(S25)。

如上所述，由于根据传统技术的用于控制活塞压缩机运行的装置是对供给到电机的电压进行变化并以此恒定地控制行程，所以压缩机能够可靠地开动。即，根据传统技术的用于控制活塞压缩机运行的装置以恒定的运行频率开动而不会因压缩机的负荷发生变化而变化，由此来控制行程。

但是，在活塞压缩机中，当运行频率变得与机械共振频率完全相同时，压缩机的工作效率就达到最高点。即，在根据传统技术的用于控制活塞压缩机运行的装置及其方法中，当压缩机的负荷变化时，即使机械共振频率发生变化，其运行频率也不会改变。由于这个原因，使得压缩机的工作效率降低。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供用于控制活塞压缩机运行的装置及其方法，通过计算频率决定常数并基于计算出的频率决定常数确定压缩机的运行频率，从而能够提高压缩机的工作效率。

为了达到这些和其它优点，并且根据本发明的目的，如在此具体实施和宽泛描述的那样，提供了一种用于控制直线式活塞压缩机运行的装置，包括：以压缩机的行程值及供给到压缩机的电机的电流值为基础计算频率决定常数的频率决定常数计算器；以计算出的频率决定常数为基础决定运行频率参考值的运行频率参考值确定单元；以及根据确定出的运行频率参考值对压缩机的运行频率进行变化的控制器，其中，频率决定常数计算器用压缩机的行程值除以供给到压缩机的电机的电流值，以便计算频率决定常数。

为了获得这些和其它优点，并且根据本发明的目的，如在此所具体实施和宽泛描述的那样，提供了一种用于控制直线式活塞压缩机运行的方法，包括下列步骤：以压缩机的行程值和供给到压缩机的电机的电流值为基础，在每个预定周期重复计算频率决定常数；以计算出的频率决定常数为基础确定运行频率参考值；以及根据所确定出的运行频率参考值对压缩机的运行频率进行变化，其中，频率决定常数计算器用压缩机的行程值除以供给到压缩机的电机的电流值，以便计算频率决定常数。。

从以下对本发明的结合附图的详述中，本发明的上述及其它目的、特征、方面和优点会变得更加明了。

附图说明

包含于此以进一步理解本发明并构成本申请的一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于说明本发明的原理。

在图中：

图1是示出根据传统技术的用于控制活塞压缩机运行的装置的框图；

图2是示出根据传统技术的用于控制活塞压缩机运行的方法的工作流程图；

图3是示出根据本发明的用于控制活塞压缩机运行的装置的框图；

图4A和4B是示出根据本发明的用于控制活塞压缩机运行的方法的工作流程图；以及

图5是示出根据本发明的频率决定常数与压缩机的效率之间关系的曲线图。

具体实施方式

现在将具体参照本发明的优选实施例，其示例于附图中示出。

以下将参照图3到5来详细说明用于控制活塞压缩机运行的装置及其方法的优选实施例，通过计算频率决定常数并以计算出的频率决定常数为基础来确定压缩机的运行频率，可以提高压缩机的工作效率。

图3是示出根据本发明的用于控制活塞压缩机的装置的框图。

如图中所示，用于控制活塞压缩机运行的装置包括：用于检测压缩机行程的行程检测计34；用于检测供给到压缩机的电机的电流的电流检测计35；以测得的电流和测得的行程为基础计算频率决定常数的频率决定常数计算器37；以计算出的频率决定常数为基础确定运行频率参考值的运行频率参考值确定单元38；用于将确定出的运行频率参考值与当前运行频率进行比较，然后根据比较结果输出差值的第一比较器31；用于将测得的行程与行程参考值进行比较，然后根据比较结果输出差值的第二比较器36；以及以第一比较器31输出的差值为基础对压缩机的运行频率进行变化，并且以第二比较器36输出的差值为基础对供给到压缩机的电压进行变化的控制器20。

现在将参照图4A和4B说明用于控制如上所构造的活塞压缩机运行的方法。

图4A和4B是显示用于控制根据本发明的活塞压缩机运行的方法的工作流程图。

如图中所示，用于控制活塞压缩机运行的方法包括下列步骤：检测供给到压缩机的电机的电流以及压缩机的行程(S41)；以测得的电流与测得的行程为基础来计算频率决定常数(S42)以计算出的频率决定常数为基础，确定运行频率参考值(S43)；将确定出的运行频率参考值与当前运行频率进行比较(S44)；当运行频率参考值大于当前运行频率时，降低压缩机的运行频率(S45)。于此，在比较步骤中，当运行频率参考值小于当前运行频率时，增大压缩机的运行频率(S46)。

现在将详细说明根据本发明的用于控制如上所构造的活塞压缩机运行的方法。

首先，电流检测计35在每个预定周期对供给到压缩机的电机的电流进行检测并将测得的电流输出到频率决定常数计算器37。行程检测计34对压缩机的行程进行检测并将测得的行程输出到第二比较器36和频率决定常数计算器37(S41)。

这时，第二比较器36对行程参考值与测得的行程值进行比较并根据比较结果将差值输出到控制器32。

控制器32以所输入的差值为基础对供给电机的电压进行变化，由此来控制压缩机的行程。

频率决定常数计算器37以测得的电流与测得的行程为基础计算频率决定常数，然后将计算出的频率决定常数输出到运行频率参考值确定单元(S42)。在此，频率决定常数是用测得的行程值除以测得的电流值而给定的一个值。同样，当频率决定常数为最大值时，压缩机的运行频率与机械共振频率完全相同。由于这个原因，压缩机的效率被最大限度地提高。以下将参照图5详细说明如上所述的频率决定常数。

此后，运行频率参考值确定单元38以当前运行频率与前一周期的运行频率的比较结果以及以计算出的频率决定常数与前一周期的频率决定常数的比较结果为基础来决定运行频率参考值。即，运行频率参考值确定单元38主要根据以下四种情形不同地决定运行频率参考值。

第一，当当前运行频率大于前一周期的运行频率，并且计算出的频率决定常数大于前一周期的的频率决定常数时，运行频率参考值确定单元38就将当前运行频率增大预定的水平，然后将增大后的运行频率确定为运行频率参考值。

第二，当当前运行频率大于前一周期的运行频率，并且计算出的频率决定常数小于前一周期的的频率决定常数时，运行频率参考值确定单元38就将当前运行频率减小预定的水平，然后将减小后的运行频率确定为运行频率参考值。

第三，当当前运行频率小于前一周期的运行频率，并且计算出的频率决定常数大于前一周期的的频率决定常数时，运行频率参考值确定单元38就将当前运行频率减小预定的水平，然后将减小后的运行频率确定为运行频率参考值。

第四，当当前运行频率小于前一周期的运行频率，并且频率决定常数小于前一周期的时，运行频率参考值确定单元38就将当前运行频率增大预定的水平，然后将增大的运行频率确定为运行频率参考值。

如上所述，运行频率参考值确定单元38将确定出的运行频率参考值输出到第一比较器31。

第一比较器31将输入的运行频率参考值与当前运行频率进行比较，然后根据比较结果将差值输出到控制器32。

控制器32以所输出的差值为基础对压缩机的运行频率进行变化。即，当运行频率参考值大于当前运行频率时，控制器32就减小当前运行频率(S45)。当前者小于后者时，控制器32就增大当前运行频率(S46)。

在用于控制活塞压缩机运行的装置及其方法中，以频率决定常数为基础在每个规定时间对压缩机的运行频率进行变化从而与机械共振频率保持一致。以下，将参照图5说明频率决定常数、压缩机的运行频率与压缩机的效率之间的关系。

图5为示出根据本发明的频率决定常数与压缩机的效率之间关系的曲线图。

如图中所示，当压缩机的运行频率与机械共振频率完全相同时，频率决定常数为最大值，并且压缩机的效率也最高。为了描述得更为详细，用下面从压缩机的机械方程式中归纳出来的公式2来计算频率决定常数。

$\left|\frac{X\left(\mathrm{jw}\right)}{I\left(\mathrm{jw}\right)}\right|=\frac{\mathrm{\α}}{\sqrt{{(k-{\mathrm{mw}}^2)}^2+{\left(\mathrm{wc}\right)}^2}}$ --------------------------(公式2)

在这里，α为前一公式中的电机常数，k为弹性刚度，m为压缩机的质量，w为压缩机的运行频率，c为阻尼。

因此，当压缩机的运行频率完全相同时，频率决定常数最大。这时，频率决定常数不是一个特定值。

如上所详述，通过计算频率决定常数，然后以计算出的频率决定常数为基础确定运行频率，用于控制活塞压缩机运行的装置及其方法能够提高压缩机的工作效率。

由于可以以各种方式实施本发明而不背离它的实质或本质特征，因此还应当理解，除非另有说明，上述实施例并不局限于以上说明的任何细节，而是可以在由所附权利要求书限定的实质和范围内宽泛地解释，且因此所有落入权利要求书的范围或者这些范围的等同体内的变化和修改都应包含于附加的权利要求书中。

Claims (14)

1.一种用于控制直线式活塞压缩机运行的装置，包括：

频率决定常数计算器，用于以压缩机的行程值和供给到压缩机的电机的电流值为基础，于每个规定周期对频率决定常数进行计算；

运行频率参考值确定单元，用于以计算出的频率决定常数为基础确定运行频率参考值；以及

控制器，用于根据确定出的运行频率参考值对压缩机的运行频率进行变化，

其特征在于，频率决定常数计算器用压缩机的行程值除以供给到压缩机的电机的电流值，以便计算频率决定常数。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当频率决定常数最大时，压缩机的运行频率与机械共振频率完全相同。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，运行频率参考值确定单元以计算出的频率决定常数与前一周期的频率决定常数以及当前运行频率与前一周期的运行频率为基础以确定运行频率参考值。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，当当前运行频率大于前一周期的运行频率，并且所计算的频率决定常数大于前一周期的频率决定常数时，运行频率参考值确定单元就将当前运行频率增大预定的水平，然后将增大的运行频率确定为运行频率参考值；当当前运行频率大于前一周期的运行频率，且计算出的频率决定常数小于前一周期的频率决定常数时，运行频率参考值确定单元就将当前运行频率减小预定的水平，然后将减小的运行频率确定为运行频率参考值。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，当当前运行频率小于前一周期的运行频率，且计算出的频率决定常数大于前一周期的的频率决定常数时，运行频率参考值确定单元就将当前运行频率减小预定的水平，然后将减小的运行频率确定为运行频率参考值；当当前运行频率小于前一周期的运行频率，且频率决定常数小于前一周期的时，运行频率参考值确定单元就将当前运行频率增大预定的水平，然后将增大的运行频率确定为运行频率参考值。

6.如权利要求1所述的装置，还包括比较器，用于将压缩机的行程与行程参考值进行比较。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，控制器根据比较结果对供给到压缩机的电机的电压进行变化。

8.一种用于控制直线式活塞压缩机运行的方法，包括下列步骤：

以压缩机的行程值和压缩机的电机的电流值为基础，于每个规定周期对频率决定常数进行计算；

以计算出的频率决定常数为基础，确定运行频率参考值；以及

根据确定出的运行频率参考值，对压缩机的运行频率进行变化，

其特征在于，在计算频率决定常数的步骤中，通过用压缩机的行程值除以供给到压缩机的电机的电流值来计算频率决定常数。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，当计算出的频率决定常数最大时，压缩机的运行频率与机械共振频率完全相同。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在决定运行频率参考值的步骤中，运行频率参考值是以计算出的频率决定常数与前一周期的频率决定常数以及当前运行频率与前一周期的运行频率为基础而决定的。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在决定运行频率参考值的步骤中，当当前运行频率大于前一周期的运行频率，并且所计算的频率决定常数大于前一周期的的频率决定常数时，就将当前运行频率增大预定的水平，然后将增大的运行频率确定为运行频率参考值；当当前运行频率大于前一周期的运行频率，且计算出的频率决定常数小于前一周期的的频率决定常数时，就将当前运行频率减小预定的水平，然后将减小的运行频率确定为运行频率参考值。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在决定运行频率参考值的步骤中，当当前运行频率小于前一周期的运行频率，并且所计算的频率决定常数大于前一周期的的频率决定常数时，就将当前运行频率减小预定的水平，然后将减小的运行频率确定为运行频率参考值；当当前运行频率小于前一周期的运行频率，且频率决定常数小于前一周期的时，就将当前运行频率增大预定的水平，然后将增大的运行频率确定为运行频率参考值。

13.如权利要求8所述的方法还包括对压缩机的行程与行程参考值进行比较的步骤。

14.如权利要求8所述的方法还包括根据比较结果对供给到压缩机的电机的电压进行变化的步骤。

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