CN1657778A - 控制往复运动压缩机运转的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种控制往复运动压缩机运转的方法，该方法能提高往复运动压缩机的工作效率。该控制往复运动压缩机运转的方法包括以下步骤：计算往复运动压缩机的机械共振频率；比较所计算的机械共振频率与往复运动压缩机的当前工作频率，并根据该比较结果来生成工作频率参考值；以及根据所生成的工作频率参考值来控制当前工作频率。

Description

控制往复运动压缩机运转的方法

技术领域

本发明涉及往复运动压缩机，特别涉及一种控制往复运动压缩机运转的方法。

背景技术

通常，往复运动压缩机通过让往复运动压缩机的活塞在气缸内作直线往复运动来压缩气缸中的致冷剂气体。按照驱动活塞的方法，把往复运动压缩机分为旋转式往复运动压缩机和直线式往复运动压缩机。

在旋转式往复运动压缩机中，通过在旋转电机上连接一曲轴并把活塞连接到该曲轴上，从而把该旋转电机的旋转运动转变成活塞的直线往复运动。在直线式往复运动压缩机中，活塞直接连接至直线电机的动子，依靠该动子的直线往复运动来进行直线往复运动。

与旋转式往复运动压缩机不同的是，直线式往复运动压缩机没有用来把旋转运动转变成直线往复运动的曲轴，因而减小了磨擦损耗。因此，直线式往复运动压缩机表现出比旋转式往复运动压缩机更高的工作效率。

直线式往复运动压缩机(在下文中称为“压缩机”)通过根据冲程参考值来控制施加给压缩机的直线电机(在下文中称为“电机”)的电压从而控制冲程。因此，压缩机的压缩率是可以调整的。

现在，根据图1来解释控制压缩机运转的现有装置。

图1是解释控制压缩机运转的现有装置的方块图。

根据图1，控制压缩机运转的现有装置包括：电压检测单元140，它用来检测施加给电机的电压；电流检测单元150，它用来检测施加给电机的电流；冲程计算器(stroke operator)160，它根据检测到的电流值、检测到的电压值和电机的参数来计算冲程；比较器110，它比较所计算的冲程值和冲程参考值，并根据该比较结果输出一个差值；以及控制器120，它根据该差值来控制施加给电机的电压从而控制压缩机130的冲程，从而对压缩机130的压缩率进行调整。

现在，根据图2来解释控制压缩机运转的现有装置的操作。

图2示出的是控制压缩机运转的现有方法的按次序步骤的流程图。

如图2所示，控制压缩机运转的现有方法包括以下步骤：检测施加给电机的电压(S201)；检测施加给电机的电流(S202)；根据检测到的电流值、检测到的电压值和电机的参数来计算冲程(S203)；比较所计算的冲程值和冲程参考值，并输出该比较结果(S204)；以及根据该比较结果来控制施加给电机的电压从而控制压缩机的冲程(S205和S206)。

现在更具体地解释控制压缩机运转的现有方法。

该电压检测单元140检测施加给电机的电压，并把检测到的电压值输出给冲程计算器160(S201)。

该电流检测单元150检测施加给电机的电流，并把检测到的电流值输出给冲程计算器160(S202)。

该冲程计算器160根据输入的电流值、输入的电压值和电机的参数(电机常数，阻抗和电感)，按照下列公式1来计算冲程X，并把计算结果输出给比较器110(S203)。

<公式1>

$X=\frac{1}{\mathrm{\&alpha;}}\&Integral;(V_M-\mathrm{Ri}-L\stackrel{\&CenterDot;}{i})\mathrm{dt}$

这里，α代表电机常数，V_M代表在电机中检测到的电压值，i代表在电机中检测到的电流值，R代表电机的阻抗值，L代表电机的电感值。

该比较器110比较输入的冲程值和冲程参考值，并将该比较结果输出给控制器120(S204)。

该控制器120根据输入的比较结果来控制施加给电机的电压。即，当所计算的冲程值小于冲程参考值时，该控制器120就增大施加给电机的电压(S205)，而当所计算的冲程值大于冲程参考值时，该控制器120就减小施加给电机的电压(S206)，从而控制压缩机的冲程。

然而，当压缩机的活塞在气缸内往复运动时，压缩机内会产生机械振荡。此时，该压缩机具有唯一的机械共振频率。

此外，压缩机的工作效率随着工作频率而改变。下面，根据图3来解释压缩机的工作频率与压缩机的工作效率之间的关系。

图3示出的是现有技术的压缩机的工作效率的曲线图。

如图3所示，当压缩机的当前工作频率与压缩机的机械共振频率相同时，该压缩机表现出最高的工作效率。

然而，当在压缩机中产生机械振荡时，即使该压缩机的机械共振频率随着压缩机的荷载变化而改变，该压缩机也总是以一恒定不变的工作频率运转，这就导致低的工作效率。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种控制压缩机运转的方法，该方法在每当压缩机的荷载发生变化的时候就计算压缩机的机械共振频率，根据所计算的机械共振频率来生成压缩机的工作频率参考值，并根据所生成的工作频率参考值来控制压缩机的工作频率，从而能提高压缩机的工作效率。

为了实现这里所具体和广泛描述的这些和其它优点，并根据本发明的目的，本发明提供一种控制压缩机运转的方法，该方法包括以下步骤：计算压缩机的机械共振频率；比较所计算的机械共振频率与压缩机的当前工作频率，并根据该比较结果来生成工作频率参考值；以及根据所生成的工作频率参考值来控制当前工作频率。

前面所述的以及其它的关于本发明的目的、特征和优点将在下面通过与相应的附图相结合进行清晰和具体地描述。

附图说明

附图显示了本发明的实施例，它们与说明书的文字一起用来解释本发明的原理，提供这些附图为的是进一步理解本发明，它们与本说明书相互结合并组成本说明书的一部分。

附图中：

图1是解释控制压缩机运转的现有装置的方块图；

图2示出的是控制压缩机运转的现有方法的按次序步骤的流程图；

图3示出的是现有技术的压缩机的工作效率的曲线图；

图4是示出根据本发明第一实施例的控制压缩机运转的装置的方块图；

图5A和5B示出的是根据本发明第一实施例的控制压缩机运转的方法的按次序步骤的流程图；

图6示出的是根据本发明的控制压缩机运转的装置的工作效率的曲线图；以及

图7是解释根据本发明第二实施例的控制压缩机运转的装置的方块图。

具体实施方式

下面具体说明本发明的优选实施方式，这些实施方式的例子显示在附图中。

下面将根据图4至7来具体解释一种控制压缩机运转的装置和方法，该装置和方法在每当压缩机的荷载发生变化的时候就计算压缩机的机械共振频率，根据所计算的机械共振频率来生成压缩机的工作频率参考值，并根据所生成的工作频率参考值来控制压缩机的当前工作频率，从而能提高压缩机的工作效率。

图4是解释根据本发明第一实施例的控制压缩机运转的装置的方块图。

如图4所示，该控制压缩机运转的装置包括：冲程检测单元440，它用来检测压缩机430的冲程；电流检测单元450，它用来检测施加给压缩机430的电机的电流；共振频率计算单元460，它根据检测到的电流值和检测到的冲程值来计算气体弹簧常数，并根据所计算的气体弹簧常数来计算机械共振频率；工作频率参考值生成单元470，它根据所计算的机械共振频率与压缩机430的当前工作频率之间的差值，生成工作频率参考值；第一比较器410，它比较所生成的工作频率参考值与压缩机430的当前工作频率，并根据该比较结果输出一个差值；第二比较器480，它比较检测到的冲程值和冲程参考值，并根据该比较结果输出一个差值；以及控制器420，它根据来自第二比较器480的差值控制施加给压缩机430的电压从而控制冲程，并且根据来自第一比较器410的差值来控制压缩机430的工作频率。

下面将根据图5A和5B解释根据本发明第一实施例的控制压缩机运转的装置的操作。

图5A和5B示出的是根据本发明第一实施例的控制压缩机运转的方法的按次序步骤的流程图。

如图5A和5B所示，控制压缩机运转的方法包括以下步骤：在预定周期的间隙检测施加给压缩机430的电机的电流(S501)；在预定周期的间隙检测压缩机430的冲程(S502)；根据检测到的冲程值和检测到的电流值来计算气体弹簧常数k_g(S503)；根据所计算的气体弹簧常数k_g来计算机械共振频率f_m(S504)；将压缩机430的当前工作频率f_c与所计算的机械共振频率f_m之间的差值和预定的高效率工作频域作比较，并根据该比较结果生成工作频率参考值(S505至S509)；以及根据所生成的工作频率参考值来控制当前工作频率(S510至S513)。

下面解释根据本发明第一实施例的控制压缩机运转的方法。

在预定周期的间隙，电流检测单元450检测施加给压缩机430的电机的电流，并把检测到的电流值输出给共振频率计算单元460(S501)。

在预定周期的间隙，冲程检测单元440检测压缩机430的冲程(S502)，并把检测到的冲程值输出给第二比较器480和共振频率计算单元460(S502)。

第二比较器480比较输入的冲程值和冲程参考值，并根据该比较结果把差值输出给控制器420。

该控制器420根据输入的差值来控制施加给压缩机430的电压从而控制冲程。

该共振频率计算单元460根据冲程检测单元440所检测到的冲程值和电流检测单元450所检测到的电流值来计算气体弹簧常数k_g(S503)，根据所计算的气体弹簧常数k_g来计算机械共振频率f_m，并把该机械共振频率f_m输出给工作频率参考值生成单元470(S504)。该气体弹簧常数k_g根据下列公式2来计算，而该机械共振频率f_m根据下列公式3来计算：

<公式2>

$k_g=\mathrm{\&alpha;}\&times;\left|\frac{I\left(\mathrm{j\&omega;}\right)}{X\left(\mathrm{j\&omega;}\right)}\right|\&times;\cos \left({\mathrm{\&theta;}}_{i,x}\right)+{\mathrm{m\&omega;}}^2-k_m$

<公式3>

$f_m=\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}}\sqrt{\frac{k_m+k_g}{m}}$

这里，α代表电机常数，I(jω)代表在压缩机的电机中检测到的电流值，X(jω)代表在压缩机中检测到的冲程值，θ_i，x代表施加给电机的电流与在压缩机中检测到的冲程之间的相差，m代表移动质量，ω代表2×π×f_c(f_c是压缩机的当前工作频率)，k_m代表压缩机的机械弹簧常数。

该工作频率参考值生成单元470比较输入的机械共振频率f_m和当前工作频率f_c，比较所得到的差值和预定的高效率工作频域，根据该比较结果生成工作频率参考值，并把所生成的工作频率参考值输出给控制器420(S505至S509)。

该控制器420根据输入的工作频率参考值来调整压缩机430的工作频率从而控制该压缩机430(S510至S513)。

下面将根据图6解释生成工作频率参考值的方法和根据所生成的工作频率参考值来控制压缩机430的方法。

图6示出的是根据本发明的控制压缩机运转的装置的工作效率的曲线图。

如图6所示，当用当前工作频率f_c减去所计算的机械共振频率f_m而得到的差值在预定的高效率工作频域0±δ之内时，该工作频率参考值生成单元470就让当前工作频率f_c作为工作频率参考值，并把该值输出给控制器420(S505，S506和S509)。

然而，当用当前工作频率f_c减去所计算的机械共振频率f_m而得到的差值大于预定的高效率工作频域的上限0+δ时，该工作频率参考值生成单元470就让当前工作频率f_c减小第一预定大小(S505和S507)。当用当前工作频率f_c减去所计算的机械共振频率f_m而得到的差值小于预定的高效率工作频域的下限0-δ时，该工作频率参考值生成单元470就让当前工作频率f_c增大第一预定大小(S505，S506和S508)。

通过重复S505至S508的步骤，该工作频率参考值生成单元470控制着当前工作频率f_c直到用当前工作频率f_c减去所计算的机械共振频率f_m而得到的差值在预定的高效率工作频域0±δ之内，就让所控制的值作为工作频率参考值，并把该生成的值输出给控制器420(S509)。

这里，当来自工作频率参考值生成单元470的工作频率参考值大于当前工作频率时，控制器420让当前工作频率增大第二预定大小(S510和S512)。当该工作频率参考值小于当前工作频率时，控制器420就让当前工作频率减小第二预定大小(S511和S513)。因此，通过让当前工作频率与工作频率参考值相等，该控制器420控制着压缩机430从而让其工作效率最高。

例如，当所计算的机械共振频率为60.0Hz且δ为0.5Hz(近似地，在0.1Hz至0.5Hz之间)时，预定的高效率工作频域的范围为59.5-60.5Hz。这里，当当前工作频率为59.7Hz时，工作频率参考值生成单元470就让该当前工作频率作为工作频率参考值。然而，当当前工作频率为58.7Hz时，工作频率参考值生成单元470就让当前工作频率增大第一预定大小(例如，0.5Hz)，直到该值在59.5Hz与60.5Hz之间的域内(58.7Hz→59.2Hz→59.7Hz)，并让该增大了的值，即59.7Hz，作为工作频率参考值。

由于所生成的工作频率参考值(59.7Hz)大于当前工作频率(58.7Hz)，控制器420就让当前工作频率(58.7Hz)增大第二预定大小(例如，0.1Hz)，直到该值达到59.7Hz(58.7Hz→58.8Hz→58.9Hz→…→59.6Hz→59.7Hz)。

下面将根据图7解释根据本发明第二实施例的控制压缩机运转的装置。

图7是解释根据本发明第二实施例的控制压缩机运转的装置的方块图。

根据图7，该控制压缩机运转的装置包括：冲程检测单元440，它用来检测压缩机430的冲程；电流检测单元450，它用来检测施加给压缩机430的电机的电流；共振频率计算单元460，它根据检测到的电流值和检测到的冲程值来计算机械共振频率；工作频率参考值生成单元470，它根据所计算的机械共振频率与压缩机430的当前工作频率之间的差值，生成工作频率参考值；第一比较器410，它比较所生成的工作频率参考值与压缩机430的当前工作频率，并根据该比较结果输出一个差值；上死点(TDC)检测单元720，它用来检测压缩机430的TDC；第三比较器710，它比较检测到的TDC值和TDC参考值，并根据该比较结果输出一个差值；以及控制器420，它根据来自第三比较器710的差值控制施加给压缩机430的电压从而控制TDC，并且根据来自第一比较器410的差值来控制压缩机430的工作频率。

下面解释根据本发明第二实施例的控制压缩机运转的装置的操作。

在预定周期的间隙，电流检测单元450检测施加给压缩机430的电机的电流，并把检测到的电流值输出给共振频率计算单元460。

在预定周期的间隙，冲程检测单元440检测压缩机430的冲程，并把检测到的冲程值输出给共振频率计算单元460。

TDC检测单元720检测压缩机430的TDC，并把检测到的TDC值输出给第三比较器710。

该第三比较器710比较输入的TDC值和TDC参考值，并根据该比较结果把差值输出给控制器420。

该控制器420根据输入的差值控制施加给压缩机430的电压从而控制TDC。

该计算工作频率参考值、比较所计算的工作频率参考值与当前工作频率、根据该比较结果生成工作频率参考值、以及根据所生成的工作频率参考值来控制压缩机的方法与本发明第一实施例的相同，因此省略对它的具体说明。

如前面所述，根据本发明，该控制压缩机运转的装置和方法，通过计算压缩机的机械共振频率并且控制其工作频率来让压缩机的当前工作频率与所计算的机械共振频率相等，从而提高了压缩机的工作效率。

还应该理解，在不背离本发明的实质或本质特征的前提下，本发明可以以多种方式来实施，所以，除非特别指出，上面说明的实施例不受前述说明的任何细节所限制，相反，应该在所附权利要求所限定的精神和范围内作广义的理解，因此，那些落入权利要求范围内的所有改变或修改或者该范围内的等同物都被所附权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种控制往复运动压缩机运转的方法，该方法包括以下步骤：

计算往复运动压缩机的机械共振频率；

比较所计算的机械共振频率与往复运动压缩机的当前工作频率，并根据该比较结果来生成工作频率参考值；以及

根据所生成的工作频率参考值来控制当前工作频率。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在根据施加给往复运动压缩机的电机的电流和往复运动压缩机的冲程来计算气体弹簧常数以后，根据该气体弹簧常数来计算所述的机械共振频率。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述的气体弹簧常数k_g用 $k_g=\mathrm{\&alpha;}\&times;\left|\frac{I\left(\mathrm{j\&omega;}\right)}{X\left(\mathrm{j\&omega;}\right)}\right|\&times;\cos \left({\mathrm{\&theta;}}_{i,x}\right)+m{\mathrm{\&omega;}}^2-k_m$ 来表示，

其中，α代表电机的电机常数，I(jω)代表在往复运动压缩机的电机中检测到的电流值，X(jω)代表在往复运动压缩机中检测到的冲程值，θ_i，x代表施加给电机的电流与在往复运动压缩机中检测到的冲程之间的相差，m代表移动质量，ω代表2×π×f_c(f_c是往复运动压缩机的当前工作频率)，k_m代表往复运动压缩机的机械弹簧常数。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述的机械共振频率f_m用 $f_m=\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}}\sqrt{\frac{k_m+k_g}{m}}$ 来表示，

其中，k_g代表气体弹簧常数，k_m代表往复运动压缩机的机械弹簧常数，m代表移动质量。

5.如权利要求1所述的方法，其中，当用当前工作频率减去所计算的机械共振频率而得到的差值在预定工作频域之内时，所述的生成工作频率参考值的步骤就让当前工作频率作为工作频率参考值。

6.如权利要求1所述的方法，其中，当用当前工作频率减去所计算的机械共振频率而得到的差值大于预定工作频域的上限时，所述的生成工作频率参考值的步骤就让当前工作频率减小一预定大小，并让该减小了的工作频率作为工作频率参考值，当用当前工作频率减去所计算的机械共振频率而得到的差值小于预定工作频域的下限时，所述的生成工作频率参考值的步骤就让当前工作频率增大预定大小，并把该增大了的工作频率作为工作频率参考值。

7.如权利要求5所述的方法，其中，所述的预定工作频域设得让往复运动压缩机的工作效率最高。

8.如权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：

比较往复运动压缩机的冲程与冲程参考值；以及

根据该比较结果来改变施加给往复运动压缩机的电机的电压。

9.如权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：

比较往复运动压缩机的上死点(TDC)与TDC参考值；以及

根据该比较结果来改变施加给往复运动压缩机的电机的电压。

Images