CN1621688A - 用于控制往复式压缩机的工作的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于控制往复式压缩机的工作的装置和方法。通过执行如下步骤可以改进压缩机的工作效率：检测加到压缩机的电流和冲程；通过使用检测的电流和冲程计算机械谐振频率；通过加上或减去当前工作频率确定工作频率命令值，使得其在计算的机械谐振频率的预定范围内，然后通过工作频率命令值驱动压缩机。

Description

用于控制往复式压缩机的工作的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于控制往复式压缩机的工作的装置和方法，并且具体地说涉及用于控制往复式压缩机的工作的装置和方法，其能够通过根据与机械共振频率一致的负载的变化确定压缩机的工作频率来提高压缩机的工作效率。

背景技术

在目前使用的各种类型的压缩机中，往复式压缩机得到广泛的使用。往复式压缩机通过在汽缸里上下移动的活塞，吸入、压缩、排出冷却气体。

根据驱动活塞的方法，往复式压缩机被分为互反型和线性型。

互反型压缩机是这样一种将马达的旋转运动改变为线性运动的压缩机，以及用于将旋转运动转化为线性运动而必定需要的诸如螺钉、链条、齿轮系统、定时带等机械转换设备。机械转换设备的使用引起了巨大的能量转化损失而且使压缩机的结构复杂。因而，在近期，采用其中马达本身执行线性运动的线性型的往复式压缩机得到使用。

在采用线性型的往复式压缩机中，不需要机械装置，因为马达本身直接产生线性型驱动力，其结构不复杂，且减少了来自能量转化的能量损失，并且因为存在产生摩擦或磨损的接合区域可彻底地减少噪声。

当往复式压缩机用于冰箱或空调时，可以通过改变加到往复式压缩机的冲程电压来改变压缩率，因此有利于可变的冷却能力控制。

图1是示出了根据现有技术的用于控制往复式压缩机的工作的装置的结构的框图。

如图1所示，用于控制往复式压缩机的工作的现有技术装置包含往复式压缩机3，其通过通过冲程电压引起活塞的上下移动来改变冲程(活塞顶部死点和底端死点之间的距离)，来调节冷却能力；电压检测单元5，其检测往复式压缩机3中产生的电压；电流检测单元6，其检测加到往复式压缩机3的电流；冲程计算单元4，其使用检测的电流和电压以及马达参数来估计冲程；比较器10，其比较计算的冲程和确定的冲程命令值，然后根据比较结果输出比较值；控制器2，其通过基于比较值改变加到马达的电压来控制冲程。

下面将介绍根据现有技术的往复式压缩机的控制工作。

在往复式压缩机中，当用户输入确定的冲程命令值而输出冲程电压时，通过气缸的活塞的上下移动来改变冲程，气缸内的冷却气体通过放出阀传输到冷凝器，因此可以调节冷却能力。这时，电压检测单元5和电流检测单元6检测到往复式压缩机3中产生的电压和电流，且将他们输出到冲程计算单元4。冲程计算单元4将电压、电流和马达参数用于下面的方程，并通过下面的方程计算活塞速度(方程1)和冲程(方程2)。

$\mathrm{Velocity}=V_M-R_i-L\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}$    (方程1)

$\mathrm{Stroke}=\frac{1}{\mathrm{\α}}\∫\left(\mathrm{Velocity}\right)\mathrm{dt}$    (方程2)

这里，α是用来计算冲程的马达常量，也就是，将电力转换为机械力的常量；R是由于比如铜损失或铁损失这样的阻抗造成的损失值；L是电感；且V_M是马达两端之间的电压。

比较器1比较冲程命令值和计算的冲程，然后将比较信号加到控制器2，且控制器2改变加到往复式压缩机3的马达的电压以控制冲程。

图2是一流程图，示出了根据现有技术的用于控制往复式压缩机的工作的方法。

如图2所示，在用于控制往复式压缩机的工作的方法中，检测来自往复式压缩机3的电压和电流，然后在冲程计算单元4中执行当前计算的冲程的计算。

之后，当计算的当前冲程值小于冲程命令值时，控制器2增加冲程电压(St2，St3)；在计算的当前冲程值大于冲程命令值时，控制器2减少冲程电压(St2，St4)。

无论如何，即使是根据负载(例如，室外温度或冷凝器温度，等等)变化发生的机械谐振频率改变，如上描述的现有技术往复式压缩机总是在恒定的工作频率控制冲程来驱动压缩机，因而工作效率下降。

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的工作的装置和方法，其能够通过根据负载变化计算机械谐振频率和使得压缩机的工作频率与根据负载变化的机械谐振频率一致，来控制频率变化，从而提高压缩机的工作效率。

为了达到上面的目标，根据本发明，这里提供一种用于控制往复式压缩机的工作的装置，其包括：机械谐振频率计算单元，其基于加到压缩机的电流和冲程计算机械谐振频率；工作频率命令值确定单元，其在计算的机械谐振频率的预定范围内确定工作频率命令值；以及控制器，其根据在确定的工作频率命令值和当前工作频率之间的比较值改变和控制工作频率。

为了达到上面的目标，根据本发明，这里提供一种用于控制往复式压缩机的工作的方法，其包括步骤：检测加到压缩机的电流和冲程；基于检测的电流和冲程计算机械谐振频率；通过加上或减去当前工作频率确定工作频率命令值，使得在计算的机械谐振频率的预定范围内，然后通过工作频率命令值驱动压缩机。

结合附图，在下面关于本发明的详细描述中，本发明的前述与其他目标、特征、方面和优点会变的更加明显。

附图说明：

附图是为了能进一步了解本发明而包含的，并且被纳入本说明书中构成本说明书的一部分，这些附图示出了本发明的实施例，并用于与本说明书一起对本发明的原理进行说明。

在附图中：

图1是一框图，示出了根据现有技术的用于控制往复式压缩机的工作的装置的结构；

图2是一流程图，示出了根据现有技术的用于控制往复式压缩机的工作的方法；

图3是一框图，示出了根据本发明的用于控制往复式压缩机的工作的装置的结构；

图4是一视图，示出了根据本发明，在图3中机械谐振频率和压缩机效率之间的关系；

图5是一个曲线图，根据本发明说明图3中机械谐振频率大小和压缩机频率大小。

图6是一个图表，示出了根据本发明的用于控制往复式压缩机的工作的方法。

图7是一流程图，示出了用于控制往复式压缩机的工作的方法，其通过使用根据一段时间内冲程的最大值的电流来确定工作频率命令值。

图8是一流程图，示出了用于控制往复式压缩机的工作的方法，其通过使用根据一段时间内冲程的最小值的电流来确定工作频率命令值。

图9是一流程图，示出了用于控制往复式压缩机的工作的方法，其通过使用由根据一段时间内冲程的最大值的电流减去根据一段时间内冲程的最小值的电流而计算的电流值来确定工作频率命令值。

图10是一流程图，示出了用于控制往复式压缩机的工作的方法，其通过使用根据一段时间内电流的最大值的冲程确定工作频率命令值。

图11是一流程图，示出了用于控制往复式压缩机的工作的方法，其通过使用根据一段时间内电流的最小值的冲程确定工作频率命令值。

图12是一流程图，示出了用于控制往复式压缩机的工作的方法，其通过使用由根据一段时间内电流的最大值的冲程减去根据一段时间内电流的最小值的冲程而计算的冲程来确定工作频率命令值。

图13是一框图，示出了根据本发明的另一个实施例的、用于控制具有TDC检测单元的往复式压缩机的工作的装置的结构。

具体实施方式

图3是一框图，示出了根据本发明的用于控制往复式压缩机的工作的装置的结构。

如图3所示，根据本发明，控制往复式压缩机的工作的装置包括：电流检测单元80，其检测加到压缩机30的电流；冲程检测单元60，其检测压缩机30的冲程；机械谐振频率计算单元70，其基于从电流检测单元80输出的电流和从冲程检测单元60输出的冲程计算机械谐振频率；工作频率命令值检测单元40，其基于计算的机械谐振频率，在机械谐振频率的预定范围内(0±δ)确定工作频率命令值；第一比较器10，其比较工作频率命令值和当前工作频率，且输出比较值；第二比较器50，其比较从冲程检测单元60输出的冲程和冲程命令值，且输出比较值；控制器20，其通过根据从第一比较器10输出的工作频率比较值改变压缩机工作频率，并通过根据从第二比较器50输出的冲程比较值改变加到压缩机的电压来控制冲程。

这里，压缩机30指的是往复式压缩机，优选的，指采用线性型的往复式压缩机。

此外，根据下面的实施例，可以通过很多种方法获得机械谐振频率。

例如，检测根据一段时间内冲程最大值的电流，根据一段时间内冲程最小值的电流，由根据一段时间内冲程最大值的电流减去根据一段时间内冲程最小值的电流计算的电流值，根据一段时间内电流最大值的冲程，根据一段时间内电流最小值的冲程，或者由根据一段时间内电流最大值的冲程减去根据一段时间内电流最小值的冲程计算的冲程，并且检测电流或冲程在其变为0的频率被判定为机械谐振频率。

此外，选择机械谐振频率的预定范围(0±δ)与下面这些成正比，包括：根据一段时间内冲程最大值的电流，根据一段时间内冲程最小值的电流，由根据一段时间内冲程最大值的电流减去根据一段时间内冲程最小值的电流计算的电流值，根据一段时间内电流最大值的冲程，根据一段时间内电流最小值的冲程，或者由根据一段时间内电流最大值的冲程减去根据一段时间内电流最小值的冲程计算的冲程。

例如，机械谐振频率的预定范围(δ)等于0.1乘以一个周期内电流的最大值，或者0.1乘以一个周期内冲程的最小值。

将参考图4到图6来描述关于根据本发明的用于控制往复式压缩机的工作的装置的结构的工作。

图4是一视图，示出了根据本发明，在图3中的机械谐振频率和压缩机效率之间的关系。

如图4所示，在本发明中，当压缩机大约工作在机械谐振频率时，压缩机具有最大工作频率。

图5是一视图，示出了根据本发明，对应于在图3中的机械谐振频率大小的工作频率的大小。

如图5所示，当负载变化时，为了提高压缩机的效率，在图3中，工作频率命令值被确定在机械谐振频率的预定范围(0±δ)内。

图6是一视图，示出了根据本发明的用于控制往复式压缩机的工作的方法。

首先，电流检测单元80检测加到压缩机的电流(St 11)，且冲程检测单元60检测压缩机30的冲程(St 12)。机械谐振频率计算单元70基于从电流检测单元80输出的电流和从冲程检测单元60输出的冲程计算机械谐振频率(St 13)。工作频率命令值确定单元40确定并输出工作频率命令值，使得压缩机30可以大致工作在从机械谐振频率计算单元70输出的机械谐振频率上(St 14到St16)。

例如，如果当前工作频率是在机械谐振频率的预定范围(0±δ)内的值，就确定当前工作频率为工作频率命令值，而没有频率变化(St14和St15)；如果当前工作频率大于机械谐振频率的预定范围(0±δ)，增加当前工作频率到预定的水平，且确定增加的工作频率为工作频率命令值；且如果当前工作频率小于机械谐振频率的预定范围(0±δ)，减小当前工作频率到预定的水平，并确定减小的工作频率为工作频率命令值(St14和St16)。

然后，第一比较器10比较工作频率命令值和当前工作频率，并输出相应的比较结果，且第二比较器50比较冲程命令值和从冲程检测单元60输出的冲程，并输出比较结果。

最后，通过根据从第一比较器10输出的工作频率的比较值改变加到压缩机的工作频率，同时，根第二比较器50的输出值改变加到压缩机的电压，控制器20通过控制冲程来驱动压缩机。

图7到图10是根据本发明的各种实施例的流程图，其用于在控制往复式压缩机的工作的方法中检测工作频率命令值。

图7是一流程图，示出了用于控制往复式压缩机的工作的方法，其通过使用根据一段时间内冲程的最大值的电流来确定工作频率命令值。

如图7所示，首先检测压缩机的电流和冲程(St21和St22)，并且基于检测的电流和冲程计算根据一段时间内冲程的最大值的电流(St23)。此后，检测的电流在其变为0的频率被判定为机械谐振频率，并通过增加或减小工作频率确定工作频率命令值，使得压缩机可以大致工作在机械谐振频率上(St24到St27)。

图8是一流程图，示出了用于控制往复式压缩机的工作的方法，其通过使用根据一段时间的冲程的最小值的电流来确定工作频率命令值。

如图8所示，检测压缩机的电流和冲程(St31和St32)，基于检测的电流和冲程计算根据一段时间内冲程的最小值的电流(St 33)。此后，检测的电流在其变为0的频率被判定为机械谐振频率，并通过增加或减小工作频率确定工作频率命令值，使得压缩机可以大致工作在机械谐振频率上(St34到St37)。

图9是一流程图，示出了用于控制往复式压缩机的工作的方法，其通过使用由根据一段时间内冲程最大值的电流减去根据一段时间内冲程最小值的电流而计算的电流值来确定工作频率命令值。

如图9所示，检测压缩机的电流和冲程(St41和St42)，通过由根据一段时间内冲程最大值的电流减去根据一段时间内冲程最小值的电流计算电流值(St43)。此后，检测的电流在其变为0的频率被判定为机械谐振频率，且通过增加或减小工作频率确定工作频率命令值，使得压缩机可以大致工作在机械谐振频率上(St 44到St 47)。

图10是一流程图，示出了用于控制往复式压缩机工作的方法，其通过使用根据一段时间内电流的最大值的冲程来确定工作频率命令值。

如图10所示，检测压缩机的电流和冲程(St 51和St 52)，基于检测的电流和冲程计算根据一段时间内电流的最大值的冲程(St53)。此后，检测的冲程在其变为0的频率被判定为机械谐振频率，通过增加或减小工作频率确定工作频率命令值，使得压缩机可以大致工作在机械谐振频率上(St 54到St57)。

图11是一流程图，示出了用于控制往复式压缩机的工作的方法，其通过使用根据一段时间内电流的最小值的冲程来确定工作频率命令值。

如图11所示，检测压缩机的电流和冲程(St 61和St 62)，基于检测的电流和冲程计算根据一段时间内电流的最小值的冲程(St63)。此后，检测的冲程在其变为0的频率被判定为机械谐振频率，并通过增加或减小工作频率确定工作频率命令值，使得压缩机可以大致工作在机械谐振频率上(St 64到St 67)。

图12是一流程图，说明用于控制往复式压缩机的工作的方法，其通过使用由根据一段时间内电流最大值的冲程减去根据一段时间内电流最小值的冲程而计算的冲程来确定工作频率命令值。

如图12所示，检测压缩机的电流和冲程(St 71和St 72)，由根据一段时间内电流最大值的冲程减去根据一段时间内电流最小值的冲程来计算冲程(St73)。此后，检测冲程在其变为0的频率被判定为机械谐振频率，通过增加或减小工作频率确定工作频率命令值，使得压缩机可以大致工作在机械谐振频率上(St 74到St 77)。

图13是一框图，示出了根据本发明的另一个实施例的用于控制具有TDC(顶部死点)检测单元的往复式压缩机的工作的装置的结构。

如图13所示，根据本发明的另一个实施例，用于控制往复式压缩机的工作的装置包括：电流检测单元80，其检测加到压缩机30的电流；冲程检测单元60，其检测压缩机30的冲程；TDC检测单元100，其检测汽缸内活塞移动的上限位置或气缸容积最小的位置。机械谐振频率计算单元70，其基于从电流检测单元80输出的电流和从冲程检测单元60输出的冲程计算机械谐振频率；工作频率命令值确定单元40，其确定工作频率命令值在机械谐振频率的预定范围(0±δ)内；第一比较器10，比较工作频率命令值和当前工作频率并输出比较值；第二比较器90，其比较从TDC检测单元输出的TDC和TDC命令值，并输出比较值；以及控制器20，其通过根据从第一比较器10输出的工作频率的比较值改变压缩机的工作频率，和根据从第二比较器90输出的TDC比较值改变加到压缩机的电压，来控制冲程。

将要描述根据本发明的另一个实施例的，用于控制往复式压缩机的工作的装置的工作。

首先，电流检测单元80检测加到压缩机30的电流，且冲程检测单元60检测压缩机30的冲程。机械谐振频率计算单元70基于从电流检测单元80输出的电流和从冲程检测单元60输出的冲程，计算机械谐振频率。

然后，工作频率命令值确定单元40确定并输出工作频率命令值，使得压缩机30可以大致工作在从机械谐振频率计算单元70输出的机械谐振频率上。

工作频率命令值确定单元40通过比较工作频率命令值和机械谐振频率的预定范围(0±δ)，并基于比较结果加上或减去工作频率，来确定并输出工作频率命令值。

然后，第一比较器10比较工作频率命令值和当前工作频率，并输出相应比较值，且第二比较器90比较TDC命令值和从TDC检测单元100输出的TDC，并输出TDC的比较值。因此，控制器20通过根据从第一比较器10输出的工作频率比较值改变加到压缩机的工作频率，并同时根据第二比较器90的输出值改变加到压缩机的电压，来控制TDC，。因此，本发明可以根据负载的变化执行精确的TDC反馈控制，因而，可以增加压缩机的工作频率。

如上述详细描述，在本发明中，为了使根据负载的变化的压缩机的工作频率与机械谐振频率一致，检测根据一段时间内冲程的最大值的电流，根据一段时间内冲程最小值的电流，由根据一段时间内冲程最大值的电流减去根据一段时间内冲程最小值的电流而计算的电流值，根据一段时间内电流最大值的冲程，根据一段时间内电流最小值的冲程，或由根据一段时间内电流最大值的冲程减去根据一段时间内电流最小值的冲程而计算的冲程，并基于上述这些值确定工作频率命令值，由此执行更加精确的冲程反馈控制或TDC反馈控制，以改进压缩机的工作效率。

因为在不脱离本发明的精神和本质特征的情况下，其可以具体表现为多种形式，应该理解除非特别说明，上述的实施例不由任意前述描述的细节所限制，而是应该在附加的权利要求中定义的精神和范围内被广泛的理解，并且因此，所有在权利要求范围，或范围的等效物内的修改和变更都意在被附加的权利要求所包括。

Claims (23)

1.一种用于控制往复式压缩机的工作的装置，其包括：

机械谐振频率计算单元，其基于加到压缩机的电流和冲程计算机械谐振频率；

工作频率命令值确定单元，其确定工作频率命令值在计算的机械谐振频率的预定范围内；以及

控制器，其根据在确定的工作频率命令值和当前工作频率之间的比较值改变和控制工作频率。

2.如权利要求1所述的装置，其中，该工作频率命令值确定单元在当前工作频率是在机械谐振频率的预定范围内的值时，确定当前工作频率为工作频率命令值而没有负载变化。

3.如权利要求1所述的装置，其中，该工作频率命令值确定单元在当前工作频率大于机械谐振频率的预定范围时，增加当前工作频率到预定水平，并确定增加的工作频率为工作频率命令值。

4.如权利要求1所述的装置，其中，该工作频率命令值确定单元在当前工作频率小于机械谐振频率的预定范围时，减小当前工作频率到预定水平，并确定减小的工作频率为工作频率命令值。

5.如权利要求1所述的装置，其中，该机械谐振频率的预定范围被设置与以下的其中之一成正比，包括：根据一段时间内冲程的最大值的电流，根据一段时间内冲程的最小值的电流，由根据一段时间内冲程最大值的电流减去根据一段时间内冲程最小值的电流计算的电流值，根据一段时间内电流最大值的冲程，根据一段时间内电流最小值的冲程，或者由根据一段时间内电流最大值的冲程减去根据一段时间内电流最小值的冲程计算的冲程。

6.如权利要求1所述的装置，其中，该装置进一步包括第一比较器，其比较工作频率命令值和当前工作频率，并输出工作频率的比较值。

7.如权利要求6所述的装置，其中，该装置进一步包括：

电流检测单元，其检测加到压缩机的电流；

冲程检测单元，其检测压缩机的冲程；和

第二比较器，其比较从冲程检测单元输出的冲程和冲程命令值，并输出冲程的比较值。

8.如权利要求7所述的装置，其中，该控制器通过根据从第一比较器输出的工作频率的比较值改变压缩机的工作频率和根据从第二比较器输出的冲程的比较值改变加到压缩机的电压，来控制冲程。

9.如权利要求6所述的装置，其中，该装置进一步包括：

电流检测单元，其检测加到压缩机的电流；

冲程检测单元，其检测压缩机的冲程；

TDC检测单元，其检测压缩机的TDC(顶部死点)；

第二比较器，其比较从TDC检测单元输出的TDC和TDC命令值，并输出TDC比较值。

10.如权利要求9所述的装置，其中，该TDC是压缩机的汽缸内活塞移动的上限位置或汽缸容积最小的位置。

11.如权利要求9所述的装置，其中，该控制器根据从第一比较器输出的工作频率的比较值改变压缩机的工作频率，并根据从第二比较器输出的TDC比较值把电压加到压缩机。

12.如权利要求9所述的装置，其中，该压缩机是采用线性型的往复式压缩机。

13.如权利要求1所述的装置，其中，该机械谐振频率计算单元将在负载发生变化时根据一段时间内冲程的最大值的电流和在负载发生变化时根据一端时间内冲程的最小值的电流计算为机械谐振频率。

14.如权利要求1所述的装置，其中，该机械谐振频率计算单元将一电流值计算为机械谐振频率，该电流值是在负载发生变化时由根据一段时间内冲程的最大值的电流减去根据一段时间内冲程的最小值的电流计算的。

15.如权利要求1所述的装置，其中，该机械谐振频率计算单元将在负载发生变化时根据一段时间内电流的最大值的冲程和在负载发生变化时根据一端时间内电流的最小值的冲程计算为机械谐振频率。

16.如权利要求1的装置，其中，该机械谐振频率计算单元将一冲程计算为机械谐振频率，该冲程是在负载发生变化时由根据一段时间内电流的最大值的冲程减去根据一段时间内电流的最小值的冲程计算的。

17.一种用于控制往复式压缩机的工作的方法，其包括以下步骤：

检测加到压缩机的电流和冲程；

基于检测的电流和冲程计算机械谐振频率。

通过加上或减去当前工作频率确定工作频率命令值，使得其在计算的机械谐振频率的预定范围内，并之后由工作频率命令值驱动压缩机。

18.如权利要求17所述的装置，其中，该方法进一步包括步骤：

通过比较冲程命令值和从压缩机检测的冲程，并根据比较结果改变加到压缩机的电压来执行冲程反馈控制。

19.如权利要求17的装置，其中，该方法进一步包括步骤：

通过比较TDC命令值和从压缩机检测的当前TDC，并根据比较结果改变加到压缩机电压来执行活塞的TDC反馈控制。

20.如权利要求17所述的方法，其中，该机械谐振频率是下面之一：在发生负载变化时根据一段时间内冲程的最大值的电流，在发生负载变化时根据一段时间内冲程的最小值得到的电流，在发生负载变化时由根据一段时间内冲程的最大值的电流减去根据一段时间内冲程的最小值的电流计算的电流值，在发生负载变化时根据一段时间内电流的最大值的冲程，在发生负载变化时根据一段时间内电流的最小值的冲程，或在发生负载变化时由根据一段时间内电流的最大值的冲程减去根据一段时间内电流的最小值的冲程计算的冲程。

21.如权利要求17所述的方法，其中，该通过工作频率命令值驱动压缩机的步骤进一步包括步骤：

在当前工作频率是在机械谐振频率的预定范围内的值时，确定当前工作频率为工作频率命令值而没有频率变化。

在当前工作频率大于机械谐振频率的预定范围时，增加当前工作频率到预定水平，并将增加的工作频率确定为工作频率命令值。

在当前工作频率小于机械谐振频率的预定范围时，减小当前工作频率到预定水平，并将减小的工作频率确定为工作频率命令值。

22.如权利要求21所述的方法，其中，该机械谐振频率的预定范围被设置与下面之一成正比，包括：根据一段时间内冲程最大值的电流，根据一段时间内冲程最小值的电流，或者由根据一段时间内冲程最大值的电流减去根据一段时间内冲程最小值的电流计算的电流。

23.如权利要求21所述的方法，其中，该机械谐振频率的预定范围被设置与下面之一成正比，包括：根据一段时间内电流最大值的冲程，根据一段时间内电流最小值的冲程，或者由根据一段时间内电流最大值的冲程减去根据一段时间电流最小值的冲程计算的冲程。

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