CN1621687A - 用于控制往复式压缩机运行的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制往复式压缩机运行的装置和方法，通过预先防止马达的线圈中产生的磁通密度的过饱和，所述的装置和方法可以降低往复式压缩机冲程估算值的计算误差。该用于控制往复式压缩机运行的装置包括：磁通量饱和常数计算单元，用于根据往复式压缩机的冲程估算值计算磁通量饱和常数；冲程基准值发生单元，用于根据该磁通量饱和常数，通过增大或者减小预定的冲程基准值，产生增大了的或者减小了的冲程基准值；和控制单元，用于根据该产生的冲程基准值，控制施加在往复式压缩机的马达上的电压。

Description

用于控制往复式压缩机运行的装置及方法

技术领域

发明涉及往复式压缩机，并且更具体地，涉及控制往复式压缩机运行的装置，以及控制往复式压缩机运行的方法。

背景技术

一般地，往复式压缩机通过在缸筒中使活塞作直线地往复运动，来抽吸和压缩致冷剂气体，并且排放压缩后的致冷剂气体。按照驱动活塞的方法，往复式压缩机分为往复法的压缩机和直线法的压缩机两种。

在使用往复法的压缩机中，通过把曲轴连接到旋转马达和把活塞连接到曲轴，旋转马达的转动力转换成往复运动，而在使用直线法的压缩机中，连接到直线马达的动子的活塞作直线运动。

直线法往复式压缩机没有用于把旋转运动转换成直线运动的曲轴，不会产生曲轴的摩擦损失，从而表现出比普通压缩机较高的压缩效率。

当往复式压缩机用于冰箱或者空调时，可以通过改变施加到往复式压缩机上的电压来改变往复式压缩机的压缩比。从而可以控制冰箱或者空调的制冷能力。

下面参照图1和图2说明常规的控制往复式压缩机运行的装置和控制往复式压缩机运行的方法。

图1为方框图，示出了控制往复式压缩机运行的常规装置。

参见图1，控制往复式压缩机运行的常规装置包括：电流检测单元4，用于检测施加在往复式压缩机的马达上的电流；电压检测单元3，用于检测施加在往复式压缩机的马达上的电压；冲程估算器5用于根据检测到的电流值、检测到的电压值和马达参数(例如，马达的电阻、马达的电感和马达常数)计算往复式压缩机的冲程；比较器1，用于把计算出的冲程估算值与预定的冲程基准值比较，并且根据比较结果输出差值；以及控制器2，用于通过改变施加在往复式压缩机上的电压控制往复式压缩机的冲程。

下面参照图2说明控制往复式压缩机运行的常规装置的工作过程。

图2为流程图，示出了控制往复式压缩机运行的常规方法的序列步骤。

如图2所示，控制往复式压缩机运行的常规方法包括如下步骤：检测施加到往复式压缩机上的电压和电流(S20)；根据检测到的电流值、检测到的电压值和马达参数计算往复式压缩机的冲程(S21)；把计算出的冲程估算值与预定的冲程基准值比较(22)；当计算出的冲程估算值大于预定的冲程基准值时，降低施加在马达上的电压(S23)；并且当计算出的冲程估算值小于预定的冲程基准值时，提高施加在马达上的电压(S24)。

下面更详细地说明控制往复式压缩机运行的常规方法。

电压检测单元3检测施加在往复式压缩机的马达上的电压，并且向冲程估算器5输出检测到的电压值，而电流检测单元4检测施加在往复式压缩机的马达上的电流，并且向冲程估算器5输出检测到的电流值(S20)。

通过把检测到的电流值、检测到的电压值和马达的参数代入以下的公式1，冲程估算器5可计算出往复式压缩机的冲程估算值，并且将计算出的冲程估算值输出到比较器1(S21)。

<公式1>

$x=\frac{1}{a}\&Integral;(V_M-\mathrm{Ri}-L\stackrel{\&OverBar;}{i})\mathrm{dt}$

式中，R代表马达的电阻、L代表马达的电感，a代表马达常数，V_M代表施加在往复式压缩机的马达上的电压值，而i代表施加在往复式压缩机的马达上的电流。

比较器1把计算出的冲程估算值与预定的冲程基准值进行比较，根据比较的结果产生差值信号，并且向控制器2输出差值信号(S22)。

通过根据所述差值信号改变施加在往复式压缩机的马达上的电压，控制器2控制往复式压缩机的冲程。换言之，当计算出的冲程估算值大于预定的冲程基准值时，控制器2降低施加在往复式压缩机的马达上的电压(S23)，当计算出的冲程估算值小于预定的冲程基准值时，控制器2提高施加在往复式压缩机的马达上的电压(S24)。

因此控制往复式压缩机运行的常规方法是通过检测施加在往复式压缩机的马达上的电压和电流，以及根据检测的电压和电流用无传感器的方式计算往复式压缩机的冲程估算值，去控制施加在往复式压缩机的马达上的电压。

然而在控制往复式压缩机运行的常规装置和方法中，当往复式压缩机的马达过载时，马达线圈中产生的磁通密度就会饱和，并且因此马达常数有非线性特征。结果，由于在往复式压缩机的冲程估算值的计算中的马达常数产生误差，并且从而不能够正常地控制往复式压缩机的冲程。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置，和一种用于控制往复式压缩机运行的方法，通过根据往复式压缩机的冲程估算值来计算磁通量饱和常数，并且根据计算出的磁通量饱和常数增大或者减小预定的冲程基准值，来预先防止马达的线圈中产生的磁通密度过饱和，从而所述的装置和方法可以降低往复式压缩机冲程估算值的计算误差。

为了达到如本文体现和广义说明的根据本发明的这些和其它的优点，本发明提供了一种控制往复式压缩机运行的装置，包括：磁通量饱和常数计算单元，用于根据往复式压缩机的冲程估算值计算(operating)磁通量饱和常数；冲程基准值发生单元，用于根据计算出的磁通量饱和常数，通过增大或者减小预定的冲程基准值，产生增大了的或者减小了的冲程基准值；和控制单元，用于根据产生的冲程基准值和冲程估算值控制施加在往复式压缩机的马达上的电压。

根据本发明的另一个方面，提供有一种控制往复式压缩机运行的方法，包括如下步骤：计算往复式压缩机的马达的磁通量饱和常数；根据计算出的磁通量饱和常数，通过增大或者减小预定的冲程基准值，产生增大了的或者减小了的冲程基准值；根据产生的冲程基准值和计算出的冲程估算值，控制施加在往复式压缩机的马达上的电压。

从下面参照附图进行的说明可以清楚了解本发明的上述和其它的目的、特征和优点。

附图说明

包括于本文中的附图旨在对本发明提供进一步的理解，并且构成为本说明书的一部分，其示出了本发明的实施形式并且与描述一道用作说明本发明的原理。

在附图中：

图1为方框图，示出了控制往复式压缩机运行的常规装置；

图2为流程图，示出了控制往复式压缩机运行的常规方法的序列步骤；

图3为方框图，示出根据本发明的控制往复式压缩机运行的装置；

图4为流程图，示出根据本发明的控制往复式压缩机运行的方法的序列步骤；及

图5A为限定了根据本发明的往复式压缩机的冲程的波型图；

图5B为限定了根据本发明的往复式压缩机的冲程的大小的波型图。

具体实施方式

下面参照附图中所示的本发明的优选实施例进行详细的说明。

下面参照图3至图5B详细地说明一种用于控制往复式压缩机运行的装置，和一种用于控制往复式压缩机运行的方法，通过根据往复式压缩机的冲程估算值计算磁通量饱和常数，并且根据计算出的磁通量饱和常数增大或者减小预定的冲程基准值，来预先防止马达的线圈中产生的磁通密度过饱和，从而所述装置和方法可以降低往复式压缩机冲程估算值的计算误差。

图3为方框图，示出了根据本发明的用于控制往复式压缩机运行的装置。

如图3所示，用于控制往复式压缩机运行的装置包括：电流检测单元60，用于检测施加在往复式压缩机的马达上的电流；电压检测单元50，用于检测施加在往复式压缩机的马达上的电压；冲程(stroke)估算器70用于根据检测到的电流值、检测到的电压值和马达参数计算往复式压缩机的冲程估算值；磁通量饱和常数计算单元80，用于根据计算出的冲程估算值计算往复式压缩机的马达的磁通量饱和常数；冲程基准值发生单元10，用于把计算出的磁通量饱和常数与预设的基准磁通量饱和常数进行比较，并且根据比较的结果增大或者减小冲程基准值；和比较器单元20，用于把冲程基准值发生单元10中产生的冲程基准值与计算出的冲程基准值进行比较，并且根据比较结果输出差值信号；以及控制单元30，用于通过根据从控制单元20发出的差值信号改变施加在往复式压缩机上的电压，控制往复式压缩机的冲程。

下面参照图4说明一种用于控制往复式压缩机运行的装置的操作方法。

图4为流程图，示出了根据本发明的控制往复式压缩机运行的方法的序列步骤。

如图4所示，控制往复式压缩机运行的方法包括如下步骤：检测施加到往复式压缩机的马达上的电流；检测施加到往复式压缩机的马达上的电压；根据检测到的电流值、检测到的电压值和马达参数计算往复式压缩机的冲程估算值；根据计算出的冲程估算值计算往复式压缩机的马达的磁通量饱和常数；把计算出的磁通量饱和常数与预设的基准磁通量饱和常数进行比较，根据比较的结果增大或者减小冲程基准值，并且生成该增大了或者减小了的冲程基准值；把生成的冲程基准值与计算出的冲程基准值进行比较，并且根据比较结果输出差值信号；以及通过基于所述差值信号改变施加在往复式压缩机上的电压，来控制该马达的冲程。

下面详细地说明该用于控制往复式压缩机运行的方法。

电流检测单元60在对应于往复式压缩机的一个压缩冲程的每个周期中检测施加在往复式压缩机的马达上的电流，并且向冲程估算单元70输出检测到的电流值；电压检测单元50在对应于往复式压缩机的一个压缩冲程的每个周期中检测施加在往复式压缩机的马达上的电压，并且向冲程估算单元70输出检测到的电压值(S40)。

冲程估算器70根据检测到的电流值、检测到的电压值和往复式压缩机的马达参数计算往复式压缩机的冲程估算值，并且向磁通量饱和常数计算单元80输出该计算出的往复式压缩机的冲程估算值(S41)。

磁通量饱和常数计算单元80计算磁通量饱和常数，并且向冲程基准值发生单元10输出该磁通量饱和常数(S42)。在此，磁通量饱和常数由以下公式2表达：

<公式2>

磁通量饱和常数＝S(ptp)/S(sum)*100[％]

              ＝S(ptp)/S(rms)*100[％]

就是说，通过把对应于往复式压缩机的一个压缩冲程的一个周期内的冲程绝对值S(ptp)除以该周期中的冲程的和值S(sum)得到该磁通量饱和常数，或者通过把该周期内的冲程绝对值S(ptp)除以该周期中的冲程均方根值S(rms)得到磁通量饱和常数。下面参照图5A和图5B说明冲程绝对值S(ptp)和冲程累加值S(sum)。

而图5A为限定了根据本发明的往复式压缩机的冲程的时间函数的波型图，而图5B为限定了根据本发明的往复式压缩机的冲程大小的时间的函数的波型图。

参见图5A，通过从冲程的最大值max(x(t))中减去冲程的最小值min(x(t))而得到冲程绝对值S(ptp)，即，S(ptp)＝max(x(t))-min(x(t))，0＜t＜T(一个冲程往复周期)。式中x((t))代表往复式压缩机的冲程关于时间的函数。

如图5B所示，冲程累加值S(sum)通过在一个周期中对冲程绝对值进行求和而得到，即，S(sum)＝SUM(ABS(x(t)))＝S1+S2，0＜t＜T(一个冲程的往复周期)。式中，S1和S2代表在半个周期中对冲程绝对值进行求和而得到的值。

冲程基准值发生单元10把计算出的磁通量饱和常数与上个周期中的磁通量饱和常数进行比较(S43)，把计算出的磁通量饱和常数与预设的基准磁通量饱和常数进行比较(S44-1和S44-4)并且根据比较结果增大或者减小预定的冲程基准值(S44)。也就是说，当计算出的磁通量饱和常数大于前个周期中的磁通量饱和常数，并且计算出的磁通量饱和常数大于预设的磁通量饱和常数时，冲程基准值发生单元10按预定的水准减小冲程基准值(S44-2)，而当计算出的磁通量饱和常数大于前个周期中的磁通量饱和常数，而且计算出的磁通量饱和常数小于预设的准磁通量饱和常数时，冲程基准值发生单元10按预定的水准增大冲程基准值(S44-3)。

根据实验，当马达的线圈中产生的磁通密度饱和时，操作往复式压缩机的马达的磁通饱和常数的最大值，被确定为基准的磁通量饱和常数。

另外，当计算出的磁通量饱和常数小于前个周期中的磁通量饱和常数时，并且计算出的磁通量饱和常数大于预设的基准磁通量饱和常数时，冲程基准值发生单元10按预定的水准增大冲程基准值(S44-5)，而当计算出的磁通量饱和常数小于前个周期中的磁通量饱和常数，并且当计算出的磁通量饱和常数也小于预设的基准磁通量饱和常数时，冲程基准值发生单元10按预定的水准减小冲程基准值(S44-6)。

比较器单元20将冲程基准值发生单元10中产生的冲程基准值与计算出的往复式压缩机的冲程估算值之间的差值信号输出到该控制单元30(S45-1)。

根据从比较单元20发出的差值信号，当冲程估算值大于冲程基准值时，控制单元30降低施加在往复式压缩机上的马达上的电压(S45-2)，并且当冲程估算值小于冲程基准值时，控制单元30提高施加在往复式压缩机上的马达上的电压(S45-3)，从而控制往复式压缩机的冲程。

如前文所讨论的那样，根据本发明，用于控制往复式压缩机运行的装置和方法可以，通过根据往复式压缩机的冲程估算值计算磁通量饱和常数，并且根据计算出的磁通量饱和常数增加或者减少该冲程基准值，来预先防止马达的线圈中产生的磁通密度的过饱和，从而降低往复式压缩机冲程估算值的计算误差。

由于本发明可以用几个形式实施而不偏离其精神和基本特征，应当理解以上说明的实施形式不限于以上说明的任何细节，除非另有说明，都应当广义地构成在所附权利要求书所定义的精神和范畴内，因此落入权利要求书的界限之内的所有改变修改都由权利要求书所涵盖。

Claims (20)

1、一种用于控制往复式压缩机运行的装置，包含：

一磁通量饱和常数计算单元，用于根据该往复式压缩机的冲程估算值计算该往复式压缩机的马达的磁通量饱和常数；

一冲程基准值发生单元，用于根据计算出的磁通量饱和常数，通过增大或者减小预定的冲程基准值，而产生一增大了的或者减小了的冲程基准值；和

一控制单元，用于根据产生的该冲程基准值，控制施加在往复式压缩机的马达上的电压。

2、如权利要求1所述的装置，其中该磁通量饱和常数是通过将一个周期中的冲程绝对值除以该周期中的冲程绝对值的累加值而得到的，该一个周期对应于往复式压缩机的一个压缩冲程。

3、如权利要求1所述的装置，其中该磁通量饱和常数是通过将一个周期中的冲程绝对值除以该周期中的冲程的均方根值而得到的，该一个周期对应于往复式压缩机的一个压缩冲程。

4、如权利要求1所述的装置，其中该冲程基准值发生单元通过把计算出的磁通量饱和常数与一预设的基准磁通量饱和常数进行比较，并且根据比较结果增大或者减小该冲程基准值，来产生增大了的或者减小了的冲程基准值。

5、如权利要求4所述的装置，其中当计算出的磁通量饱和常数大于前个周期中的磁通量饱和常数，并且当计算出的磁通量饱和常数大于预设的基准磁通量饱和常数时，该冲程基准值发生单元减小该冲程基准值；而当计算出的磁通量饱和常数大于前个周期中的磁通量饱和常数，并且计算出的磁通量饱和常数小于预设的基准磁通量饱和常数时，该冲程基准值发生单元增大该冲程基准值。

6、如权利要求4所述的装置，其中当计算出的磁通量饱和常数小于前个周期中的磁通量饱和常数，并且计算出的准磁通量饱和常数大于预设的基准磁通量饱和常数时，该冲程基准值发生单元增大该冲程基准值，而当计算出的磁通量饱和常数小于前个周期中的准磁通量饱和常数，并且计算出的磁通量饱和常数小于预设的基准磁通量饱和常数时，该冲程基准值发生单元减小该冲程基准值。

7、如权利要求5所述的装置，其中该预设的基准磁通量饱和常数是当马达的线圈中产生的磁通密度饱和时，用于操作该往复式压缩机的马达的磁通饱和常数的最大值。

8、如权利要求6所述的装置，其中该预设的基准磁通量饱和常数是当马达的线圈中产生的磁通密度饱和时，用于操作该往复式压缩机的马达的磁通饱和常数的最大值。

9、如权利要求1所述的装置，其中所述控制单元还包括一比较装置，用于比较该冲程估算值与产生的该冲程基准值。

10、如权利要求9所述的装置，其中当该冲程估算值大于该冲程基准值时，控制单元降低施加在往复式压缩机的马达上的电压，并且当该冲程估算值小于该冲程基准值时，该控制单元提高施加在该往复式压缩机的该马达上的电压。

11、一种控制往复式压缩机运行的方法，包括如下步骤：

根据往复式压缩机的冲程，计算往复式压缩机的马达的磁通量饱和常数；

根据计算出的磁通量饱和常数，通过增大或者减小预定的冲程基准值，产生增大了的或者减小了的冲程基准值；以及

根据产生的该冲程基准值和该计算出的冲程估算值，控制施加在往复式压缩机的马达上的电压。

12、如权利要求11所述的方法，其中该磁通量饱和常数通过将一个周期中的冲程绝对值除以该周期中的冲程累加值而得到的，该一个周期对应于往复式压缩机的一个压缩冲程。

13、如权利要求11所述的方法，其中该磁通量饱和常数通过将一个周期的冲程绝对值除以该周期中的冲程均方根值而得到的，该一个周期对应于往复式压缩机的一个压缩冲程。

14、如权利要求11所述的方法，其中用于产生冲程基准值的步骤含有如下步骤：通过把计算出的磁通量饱和常数与预设的基准磁通量饱和常数进行比较，并且根据比较的结果增大或者减小该预定的冲程基准值，来产生增大了的或者减小了的该冲程基准值。

15、如权利要求14所述的方法，其中产生该冲程基准值的步骤含有如下步骤：当计算出的磁通量饱和常数大于前个周期中的磁通量饱和常数，并且计算出的磁通量饱和常数大于该预设的基准磁通量饱和常数时，减小该冲程基准值；以及当计算出的准磁通量饱和常数大于前个周期中的磁通量饱和常数，并且计算出的磁通量饱和常数小于预设的基准磁通量饱和常数时，增大该冲程基准值。

16、如权利要求14所述的方法，其中用于产生该冲程基准值的步骤包括如下步骤：当计算出的磁通量饱和常数小于前个周期中的磁通量饱和常数，并且计算出的磁通量饱和常数大于该预设的基准磁通量饱和常数时，增大该冲程基准值；以及当计算出的磁通量饱和常数小于前个周期中的磁通量饱和常数，并且计算出的磁通量饱和常数小于预设的基准磁通量饱和常数时，减小该冲程基准值。

17、如权利要求15所述的方法，其中该预设的基准磁通量饱和常数是当马达的线圈中产生的磁通密度饱和时，用于操作往复式压缩机的马达的磁通饱和常数的最大值。

18、如权利要求16所述的方法，其中该预设的基准磁通量饱和常数是当马达的线圈中产生的磁通密度饱和时，用于操作往复式压缩机的马达的磁通饱和常数的最大值。

19、如权利要求11所述的方法，其中控制电压的步骤还含有比较该冲程估算值与该冲程基准值的步骤。

20、如权利要求19所述的方法，其中控制电压的步骤还含有如下步骤：当该冲程估算值大于该冲程基准值时，降低施加在往复式压缩机的马达上的电压，并且当该冲程估算值小于该冲程基准值时，提高施加在往复式压缩机的马达上的电压。

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