CN1786473A - 用于控制往复式电动压缩机运行的装置和方法 - Google Patents

用于控制往复式电动压缩机运行的装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于控制往复式电动压缩机运行的装置，其包括：电流积分器，其用于对施加在压缩机的电动机上的交流电在其每一个周期内积分；控制器，其用于基于电流的积分值有差别地控制在施加在电动机上的AC电压的正(+)相位期间双向晶闸管的移相角和在负(－)相位期间双向晶闸管的移相角。电动机中的损耗能通过避免施加在压缩机的电动机上的电流中的DC分量的出现而减小。

Description

用于控制往复式电动压缩机运行的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种往复式(线性)电动压缩机，特别涉及一种用于控制往复式电动压缩机运行的装置和方法。
背景技术
一般地，因为往复式压缩机具有较低的摩擦损耗，所以由线性往复电动机运行且不使用将旋转运动转化为线性运动的曲轴的往复式电动压缩机(为简便起见，在下文中称为“往复式电动压缩机”)能够提供比其它压缩机更高的压缩效率。
当往复式电动压缩机用于冰箱或空调设备中时，通过改变施加在压缩机的往复式电动机上的冲程电压来改变压缩机的压缩比，从而控制制冷能力。
下面将参照图1来说明往复式电动压缩机的传统控制。
图1是表示根据现有技术的用于控制往复式电动压缩机运行的装置的结构的方框图。
如图1所示，用于控制往复式电动压缩机运行的装置包括：电流检测器4，其用于检测施加在压缩机6的往复式电动机(未示出)上的电流；电压检测器3，其用于检测施加在电动机上的电压；冲程计算器5，其用于基于检测的电流和电压值以及电动机的某个运行参数来计算冲程估计值；比较器1，其用于比较计算出的冲程估计值和预先设定的冲程参考值，并根据比较结果输出差值；以及冲程控制器2，其用于通过根据差值控制与电动机串联的双向晶闸管(triac)(未示出)的导通周期(turn-on period)来改变施加在电动机上的电压，从而控制压缩机6的运行(冲程)。这里，当冲程控制器2控制施加电力给电动机的双向晶闸管的导通周期时，其使在双向晶闸管中流动的电流在正(+)相位期间双向晶闸管的移相角(firing angle)(α1)和在负(-)相位期间双向晶闸管的移相角(α2)相等，即α1＝α2。
下面将参照图1来说明用于控制往复式电动压缩机运行的装置的操作。
首先，电流检测器4检测施加在压缩机6的电动机(未示)上的电流并将检测的电流值输出到冲程计算器5。此时，电压检测器3检测施加在电动机上的电压并将检测的电压值输出到冲程计算器5。
冲程计算器5根据下面表示的公式(1)，基于检测的电流和电压值以及电动机的运行参数来计算压缩机的冲程估计值(X)，然后将计算的冲程估计值(X)应用到比较器1：
X = 1 α ∫ ( V M - Ri - L i ‾ ) dt - - - ( 1 )
其中“R”是电动机电阻值，“L”是电动机电感值，“α”是电动机常数，VM是施加在电动机上的电压值，“i”是施加在电动机上的电流值，以及“ i”是i的微分值(di/dt)。
其后，比较器1比较冲程估计值和冲程参考值，并根据比较结果将差值应用到冲程控制器2。
冲程控制器2基于差值通过改变施加在压缩机6的电动机上的电压来控制压缩机6的冲程。下面将参照图2进行说明。
图2是根据现有技术的用于控制往复式电动压缩机运行的方法的流程图。
首先，当冲程估计值通过冲程计算器5应用到比较器1时(步骤S1)，比较器1比较冲程估计值和预先设定的冲程参考值(步骤S2)并根据比较结果将差值输出到冲程控制器2。
如果冲程估计值小于冲程参考值，则冲程控制器2增加施加在电动机上的电压以控制压缩机的冲程(步骤S3)。但是，如果冲程估计值大于冲程参考值，则冲程控制器2减小施加在电动机上的电压(步骤S4)。在这种情况下，为了增加或减小施加在电动机上的电压，控制与电动机电连接的双向晶闸管(未示)的导通周期，以将电压施加到电动机上。
同时，当通过双向晶闸管控制电动机时，电动机中的损耗增加。下面将参考图3A和图3B说明其原因。
图3A和图3B是表示根据现有技术的施加在往复式电动压缩机的电动机上的电压和电流的波形的波形图。
如图3A所示，用于控制往复式电动压缩机运行的装置中，当向电动机施加电力的双向晶闸管的导通周期被控制时，在双向晶闸管中流动的电压的正(+)半周期相位期间双向晶闸管的移相角(α1)和在负(-)半周期相位期间双向晶闸管的移相角(α2)被控制为相同。从而，施加在电动机上的电流的正相位和负相位变得相对地不对称。
参考图3B，不对称的电流能被分成对称的AC分量电流和DC分量电流，且DC分量电流增加电动机的损耗。即，电动机中的损耗根据下面表示的公式(2)增加：
         Motorloss＝i2(RAC+RDC)-------(2)
其中“i”是施加在电动机上的电流，“RAC”是由施加在电动机上的AC分量的电流产生的铁损和铜损，以及“RDC”是由施加在电动机上的DC分量的电流产生的铜损。注意AC分量对铁损和铜损都起作用，而DC分量只对铜损起作用。
如上所述，用于控制往复式电动压缩机运行的传统装置具有由于使用DC分量的电流而增加电动机中的损耗的问题。
2004年8月24日公开的美国专利No.6,779,982也揭示了一种传统的往复式电动压缩机。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于控制往复式电动压缩机运行的装置和方法，该往复式电动压缩机能够通过消除施加在压缩机的电动机上的DC分量的电流来减小电动机中的损耗。
为了获得这些和其它优点，根据本发明的目的，作为此处实施和广义的说明，提供了一种用于控制往复式电动压缩机运行的装置，其包括：电流积分器，其用于对施加在压缩机的电动机上的交流电在其每一个周期内积分；控制器，其用于基于电流的积分值有差别地控制施加在电动机上的AC电压在正(+)相位期间双向晶闸管的移相角和在负(一)相位期间双向晶闸管的移相角。
为了达到上述目的，还提供一种用于控制往复式电动压缩机运行的装置，其包括：电流检测器，其用于检测施加在往复式电动压缩机的电动机上的电流；电压检测器，其用于检测施加在电动机上的电压；冲程计算器，其用于基于检测的电流值和检测的电压值计算往复式电动压缩机的冲程估计值；电流积分器，其用于在每一个周期中对经过电流检测器检测的电流积分；比较器，其用于比较冲程估计值和预先设定的冲程参考值，并根据比较结果输出差值；以及控制器，其用于根据差值控制与电动机串联的开关器件的导通周期，基于电流的积分值产生用于有差别地控制在施加到该电动机上的AC电压的正相位和负相位期间开关器件的移相角的控制信号，并将产生的控制信号输出到开关器件。
为了达到上述目的，还提供一种用于控制往复式电动压缩机运行的方法，其包括：对施加在压缩机的电动机上的交流电在其每一个周期内积分；以及基于积分的电流值有差别地控制在施加到电动机上的AC电压的正相位期间开关器件的移相角和在负相位期间的移相角。
结合附图，从以下本发明的详细说明中，本发明的上述和其它目的、特征、方案和优点将变得更明显。
附图说明
提供对本发明的进一步理解并构成本说明书的一部分的附图举例说明了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1是表示根据现有技术的用于控制往复式电动压缩机运行的装置的结构的示意性方框图；
图2是根据现有技术的用于控制往复式电动压缩机运行的方法的流程图；
图3A和图3B是表示根据现有技术的施加在往复式电动压缩机的电动机上的电压和电流的波形的波形图；
图4是表示根据本发明的用于控制往复式电动压缩机运行的装置的结构的示意性方框图；
图5是表示根据本发明的用于控制往复式电动压缩机运行的方法的流程图；以及
图6是表示根据本发明的通过用于控制往复式电动压缩机运行的装置施加在压缩机的电动机上的电压和电流的波形的波形图。
具体实施方式
下面将参照图4到图6说明根据本发明的用于控制往复式电动压缩机运行的装置和方法，其能够通过对施加在电动机上的交流电在一个周期内积分，并基于该电流的积分值有差别地控制在施加于电动机上的电流的正相位期间双向晶闸管的移相角和在负相位期间双向晶闸管的移相角来消除施加在电动机上的电流的DC分量，从而减小电动机损耗。
图4是表示根据本发明的用于控制往复式电动压缩机运行的装置的结构的示意性方框图。
如图4所示，用于控制往复式电动压缩机运行的装置包括：电压检测器10，其用于检测施加在压缩机的电动机(M)上的电压；电流检测器20，其用于检测施加在压缩机的电动机(M)上的电流；冲程计算器30，其用于基于检测的电流和电压值计算压缩机的冲程估计值；电流积分器60，其用于对通过电流检测器20检测到的电流在一个周期中积分；比较器40，其用于比较冲程估计值和预先设定的冲程参考值并根据比较结果输出差值；以及控制器50，其用于根据差值控制与电动机串联的双向晶闸管Tr的导通周期，基于电流的积分值产生用于有差别地控制在施加于电动机上的电压的正相位期间和负相位期间双向晶闸管Tr的移相角的控制信号，并将产生的控制信号输出到双向晶闸管。这里，通过控制信号导通双向晶闸管，并且双向晶闸管能用其它例如逆变器(inverter)的适当的开关器件替换。
与现有技术一样，控制器50根据差值控制在施加于电动机上的电压的正相位期间双向晶闸管Tr的移相角。但是，如果电流的积分值大于“0”，则控制器50减小在电压的负相位期间双向晶闸管Tr的移相角，而如果电流的积分值小于“0”，则控制器50增加在电压的负相位期间双向晶闸管Tr的移相角。
当在一个周期内施加给电动机的电流的正相位和负相位不对称时，在一个周期内施加给电动机的电流的积分值小于或大于“0”。当在一个周期内施加给电动机的电流的正相位和负相位对称时，在一个周期内施加给电动机的电流的积分值等于“0”。另外，当施加在电动机上的电流的正相位和负相位对称时，保持电流的AC分量而消除产生铜损的电流的DC(偏移)分量。即，在本发明中，将用于有差别地控制在施加于电动机上的电压的正相位期间双向晶闸管的移相角和在负相位期间双向晶闸管的移相角的控制信号应用于双向晶闸管，以向电动机提供对称电流分量的波形。
参考图4和图5详细说明根据本发明的用于控制往复式电动压缩机运行的装置的操作。
图5是根据本发明的用于控制往复式电动压缩机运行的方法的流程图。
首先，电流检测器20检测施加在压缩机的电动机(M)上的电流并将检测的电流值输出到冲程计算器30和电流积分器60(步骤S11)。此时，电压检测器10检测施加在压缩机的电动机(M)上的电压并将检测的电压值输出到冲程计算器30。
冲程计算器30基于从电流检测器20输出的电流值和从电压检测器20输出的电压值来计算压缩机的冲程。
其后，电流积分器60对从电流检测器20输出的电流值积分并将电流的积分值输出到控制器50。即，电流积分器60在每一个周期中对施加到电动机上的电流积分并将电流的积分值输出到控制器50(步骤S12)。
同时，比较器40比较冲程估计值和冲程参考值并根据比较结果输出差值。
控制器50根据差值控制与电动机串联的双向晶闸管Tr的导通周期。此时，控制器50根据从比较器40输出的差值控制在电压的正相位期间双向晶闸管的移相角。
如果电流的积分值小于“0”，则控制器50增加在电压的负相位期间双向晶闸管的移相角(步骤S13和S14)，而如果电流的积分值大于“0”，则控制器50减小在电压的负相位期间双向晶闸管的移相角(步骤S15)。
图6是表示根据本发明的通过用于控制往复式电动压缩机运行的装置施加在压缩机的电动机上的电压和电流的波形的波形图。
如图6所示，有差别地控制在施加于电动机的电压的正相位期间双向晶闸管的移相角(α1)和在负相位期间的移相角(α3)，以消除施加在压缩机的电动机上的电流的DC分量，由此，施加在电动机上的电流的正相位和负相位变为对称且将这种电流施加到电动机上，减小电动机的损耗。
因而，在本发明中，简单地说，在施加于电动机上的电压的正相位期间双向晶闸管的移相角和在负相位期间双向晶闸管的移相角被控制为不相同，且对施加在电动机上的电流在每一个周期内积分，于是，如果电流的积分值大于“0”，则减小在电压的负相位期间双向晶闸管的移相角(α3)，而如果电流的积分值小于“0”，则增加在电压的负相位期间双向晶闸管的移相角(α3)，以使施加在电动机上的电流的正相位和负相位变为对称。由于电流的正相位和负相位对称，所以施加在电动机上的电流中没有DC偏移分量出现。这里，优选在正电压相位期间的移相角(α1)与现有技术相同。
如上所述，根据本发明的用于控制往复式电动压缩机运行的装置和方法具有以下优点：由于在施加于压缩机的电动机上的AC电压的正相位期间的移相角和在负相位期间的移相角可被适当地控制为不同，所以能使施加在电动机上的电流的正相位和负相位对称。即，通过使施加在电动机上的电流的正相位和负相位变得对称来避免DC分量施加给电动机，从而能减小电动机中的损耗。
由于在不脱离本发明的精神或实质特征的情况下可以以多种形式实施本发明，因此除非特别指出，本发明应当被理解为上述实施例并不局限于上述说明中的任一细节，而应该在所附权利要求书限定的精神和范围内被广泛解释，因此所有属于该权利要求书的界限和范围及其等效界限和范围内的改动和修正都应涵盖在所附权利要求书的范围之内。

Claims (15)

1、一种用于控制电动压缩机的运行的装置，包括：
电流积分器，其用于对施加在压缩机的电动机上的交流电在电流的每一个周期内积分；
控制器，其用于基于该电流的积分值独立地控制双向晶闸管的移相角，在施加到该电动机上的交流电压的正相位和负相位期间所述电流通过该双向晶闸管施加在所述电动机上。
2、如权利要求1所述的装置，其中，该控制器能使在正相位期间的移相角和在负相位期间的移相角不相同，以使施加在该电动机上的该电流的正相位和负相位对称。
3、如权利要求1所述的装置，其中，电动机该控制器能使在正相位期间的移相角和在负相位期间的移相角不相同，以抑制施加到该电动机上的电流中的任何直流分量。
4、如权利要求1所述的装置，其中，如果该电流的积分值大于“0”，则该控制器减小该交流电压在负相位期间的移相角，而如果该电流的积分值小于“0”，则该控制器增加该交流电压在负相位期间的移相角。
5、一种用于控制往复式电动压缩机的运行的装置，包括：
电流检测器，其用于检测施加在该往复式电动压缩机的电动机上的电流；
电压检测器，其用于检测施加在该电动机上的交流电压；
冲程计算器，其用于基于检测的电流值和检测的电压值计算该往复式电动压缩机的冲程估计值；
电流积分器，其用于在每一个周期中对经过该电流检测器检测的电流积分；
比较器，其用于比较该冲程估计值和预先设定的冲程参考值，并根据比较结果输出差值；以及
控制器，其用于根据该差值控制与该电动机串联的开关器件的导通周期，基于该电流的积分值产生用于独立地控制在施加到该电动机上的交流电压的正相位和负相位期间开关器件的移相角的控制信号，并将产生的控制信号输出到该开关器件。
6、如权利要求5所述的装置，其中，该开关器件为一逆变器。
7、如权利要求5所述的装置，其中，该开关器件为一双向晶闸管。
8、如权利要求7所述的装置，其中，该双向晶闸管由该控制信号导通。
9、如权利要求8所述的装置，其中，该控制器能使在正相位期间的移相角和在负相位期间的移相角不相同，以使施加在该电动机上的电流的正相位和负相位对称。
10、如权利要求8所述的装置，其中，该控制器能使在正相位期间的移相角和在负相位期间的移相角不相同，以抑制施加到该电动机上的电流中的任何直流分量。
11、如权利要求8所述的装置，其中，如果该电流的积分值大于“0”，则该控制器向双向晶闸管输出控制信号以减小在该电压的负相位期间的移相角，而如果该电流的积分值小于“0”，则该控制器向双向晶闸管输出控制信号以增加在该电压的负相位期间的移相角。
12、如权利要求11所述的装置，其中，当在该电压的负相位期间的该移相角增加或减小时，在正相位期间的该移相角不变。
13、一种用于控制往复式电动机压缩机的运行的方法，包括：
对施加给压缩机的电动机的交流电在其每一个周期内积分；以及
基于该电流的积分值，在施加到该电动机上的交流电压的正相位期间和在负相位期间，有差别地控制用于开关施加到该电动机上的电流的开关器件的导通时间。
14、如权利要求13所述的方法，其中，在正相位期间和负相位期间有差别地控制该导通时间的步骤包括：
如果电流的积分值大于“0”，则减小在该电压的负相位期间开关器件的移相角；以及
如果电流的积分值小于“0”，则增加在该电压的负相位期间开关器件的移相角。
15、如权利要求13所述的方法，其中，当在该电压的负相位期间的该移相角增加或减小时，在正相位期间的该移相角不变。
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