CN1858449B - 往复式压缩机运行的控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种往复式压缩机运行的控制装置和控制方法，不管该往复式压缩机的内部电动机参数和该往复式压缩机的机械误差如何，其都能够精确地控制该往复式压缩机的运行(冲程)。该往复式压缩机运行的控制装置将与该往复式压缩机的排放阀打开时的点相对应的冲程估计值确定为冲程参考值，并根据该确定的冲程参考值来控制施加到该往复式压缩机上的电压。

Description

往复式压缩机运行的控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种压缩机，更特别地，涉及一种往复式压缩机运行的控制装置及其控制方法。

背景技术

通常，由不具有将旋转运动转化为线性运动的曲轴的线性往复电动机运行的往复式电动压缩机(为简便起见，在下文中称为“往复式压缩机”)具有较低的摩擦损失，因此其能够提供比其它压缩机更高的压缩效率。

当将往复式电动压缩机用于冰箱或空调时，可通过改变施加到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来描述往复式电动压缩机的传统控制。

图1是表示根据传统技术的往复式压缩机运行的控制装置的结构的方框图。

如图1所示，往复式压缩机运行的传统控制装置包括：电流检测器4，其用于检测施加到往复式压缩机6的电动机(未示出)上的电流；电压检测器3，其用于检测施加到电动机上的电压；冲程计算器5，其基于检测的电流和电压值以及电动机的参数来计算往复式压缩机的冲程估计值；比较器1，其用于比较计算出的冲程估计值和预设冲程值，并根据比较结果输出差值；以及冲程控制器2，其根据该差值来改变施加到电动机上的电压，从而控制往复式压缩机6的运行(冲程)。

下面将描述压缩机运行的控制装置的操作。

首先，电流检测器4检测施加到往复式压缩机6的电动机(未示出)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检测施加到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通过将检测的电流值、检测的电压值以及电动机的参数代入下面示出的公式(1)中来计算往复式压缩机6的冲程估计值(X)，然后将冲程估计值(X)应用到比较器1。

$X=\frac{1}{\mathrm{\α}}\text{\∫}(V_M-\mathrm{Ri}-L\stackrel{\‾}{i})\mathrm{dt}---\left(1\right)$

其中，“R”是往复式压缩机的电动机电阻值，“L”是电动机电感值，“α”是电动机常数，V_M是施加到电动机上的电压值，“i”是施加到电动机上的电流值，以及“i”是施加到电动机上的电流的时间变化率，即“i”的微分值(di/dt)。

其后，比较器1比较冲程估计值和预设冲程参考值，并根据比较结果将差值应用到冲程控制器2。

冲程控制器基于该差值通过改变施加到往复式压缩机6的电动机上的电压来控制往复式压缩机6的冲程。

图2是根据传统技术的往复式压缩机运行的控制方法的流程图。

首先，冲程计算器5基于检测的电流值、检测的电压值以及电动机的参数来计算往复式压缩机6的冲程估计值，并将计算出的冲程估计值应用到比较器1(步骤S1)。

比较器1比较冲程估计值和预设冲程参考值(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预设冲程参考值，则冲程控制器2增加施加到往复式压缩机的电动机上的电压(步骤S3)；反之，如果冲程估计值大于预设冲程参考值，则冲程控制器2就减小施加到往复式压缩机的电动机上的电压(步骤S4)。

但是，在使用往复式压缩机运行的传统控制装置的情况下，由于往复式压缩机的电动机的参数以及往复式压缩机的机械误差导致不能精确地计算冲程估计值，所以不能精确地控制往复式压缩机6的运行(冲程)。

如上所述，往复式压缩机运行的控制装置和控制方法具有这种问题，即由于往复式压缩机的电动机的参数以及往复式压缩机的机械误差导致不能精确地计算冲程估计值，所以不能精确地控制往复式压缩机的运行(冲程)。

2004年8月24日公开的美国专利No.6,779,982以及2004年6月8日公开的美国专利No.6,746,211也揭示了一种往复式压缩机运行的传统控制装置。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种往复式压缩机运行的控制装置和控制方法，不管该往复式压缩机的内部电动机的参数和该往复式压缩机的机械误差如何，其都能精确地控制该往复式压缩机的运行(冲程)。

本发明的又一目的是提供一种往复式压缩机运行的控制装置和控制方法，该装置和方法能够以特定负载所需的压缩容量精确地控制该往复式压缩机。

为了实现这些和其它优点并根据本发明的意图，如在此具体实施和广泛描述的，本发明提供一种往复式压缩机运行的控制装置，该装置将与该往复式压缩机的排放阀打开时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值，并根据该确定的冲程参考值来控制施加到该往复式压缩机上的电压。

为了达到上述目的，还提供一种往复式压缩机运行的控制装置，包括：冲程计算器，其基于施加到该往复式压缩机的电动机上的电压值和施加到该往复式压缩机的电动机上的电流值，来计算冲程估计值；相位差检测器，其基于在一个周期内的冲程估计值和电流值，来检测该往复式压缩机的冲程与施加到该电动机上的电流之间的相位差；拐点检测器，其用于检测该相位差的拐点，并输出拐点检测信号；冲程参考值校正器(corrector)，其基于该拐点检测信号，将与该拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及冲程控制器，其根据该确定的冲程参考值来控制施加到该电动机上的电压。

为了达到上述目的，还提供一种往复式压缩机运行的控制装置，包括：冲程计算器，其基于施加到该往复式压缩机的电动机上的电压值和施加到该往复式压缩机的电动机上的电流值，来计算冲程估计值；阻尼系数计算器，其基于在一个周期内的冲程估计值和电流值，来检测该往复式压缩机的冲程与施加到该电动机上的电流之间的相位差，并基于该相位差、该电流值以及该冲程估计值，来计算阻尼系数；拐点检测器，其用于检测该阻尼系数的拐点，并输出拐点检测信号；冲程参考值校正器，其基于该拐点检测信号，将与该拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及冲程控制器，其根据该确定的冲程参考值来控制施加到该电动机上的电压。

为了达到上述目的，还提供一种往复式压缩机运行的控制装置，包括：冲程计算器，其基于施加到该往复式压缩机的电动机上的电压值和施加到该往复式压缩机的电动机上的电流值，来计算冲程估计值；气弹簧常数计算器，其基于在一个周期内的冲程估计值和电流值，来检测该往复式压缩机的冲程与施加到该电动机上的电流之间的相位差，并基于该相位差、该电流值以及该冲程估计值，来计算该往复式压缩机的气弹簧常数；拐点检测器，其用于检测该气弹簧常数的拐点，并输出拐点检测信号；冲程参考值校正器，其基于该拐点检测信号，将与该拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及冲程控制器，其用于根据该确定的冲程参考值来控制施加到该电动机上的电压。

为了达到上述目的，还提供一种往复式压缩机运行的控制方法，包括：将与该往复式压缩机的排放阀打开时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及根据该确定的冲程参考值来控制施加到该往复式压缩机上的电压。

为了达到上述目的，还提供一种往复式压缩机运行的控制方法，包括：基于施加到该往复式压缩机的电动机上的电压值和电流值来计算冲程估计值；基于在一个周期内的冲程估计值和电流值检测该往复式压缩机的冲程与施加到该电动机上的电流之间的相位差；检测该相位差的拐点；将与该拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及根据该确定的冲程参考值来控制施加到该电动机上的电压。

为了达到上述目的，还提供一种往复式压缩机运行的控制方法，包括：基于施加到该往复式压缩机的电动机上的电压值和电流值来计算冲程估计值；基于在一个周期内的冲程估计值和电流值检测该往复式压缩机的冲程与施加到该电动机上的电流之间的相位差；基于该相位差、该电流值以及该冲程估计值来计算阻尼系数；检测该阻尼系数的拐点；将与该拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及根据该确定的冲程参考值来控制施加到该电动机上的电压。

为了达到上述目的，还提供一种往复式压缩机运行的控制方法，包括：基于施加到该往复式压缩机的电动机上的电压值和电流值来计算冲程估计值；基于在一个周期内的冲程估计值和电流值检测该往复式压缩机的冲程与施加到该电动机上的电流之间的相位差；基于该相位差、该电流值以及该冲程估计值来计算气弹簧常数；检测该气弹簧常数的拐点；将与该拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及根据该确定的冲程参考值来控制施加到该电动机上的电压。

为了达到上述目的，还提供一种往复式压缩机运行的控制方法，包括：检测该往复式压缩机的冲程与施加到该往复式压缩机上的电流之间的相位差；将与该相位差的拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及根据该确定的冲程参考值来控制施加到该往复式压缩机上的电压。

为了达到上述目的，还提供一种往复式压缩机运行的控制方法，包括：检测该往复式压缩机的冲程与施加到该往复式压缩机上的电流之间的相位差；基于该相位差、施加到该往复式压缩机上的电流值以及该往复式压缩机的冲程估计值，来计算阻尼系数；将与该阻尼系数的拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及根据该确定的冲程参考值来控制施加到该往复式压缩机上的电压。

为了达到上述目的，还提供一种往复式压缩机运行的控制方法，包括：检测该往复式压缩机的冲程与施加到该往复式压缩机上的电流之间的相位差；基于该相位差、施加到该往复式压缩机上的电流值以及该往复式压缩机的冲程估计值，来计算气弹簧常数；将与该气弹簧常数的拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及根据该确定的冲程参考值来控制施加到该往复式压缩机上的电压.

从下面结合附图对本发明的具体描述，本发明的前述和其它目的、特征、方案和优点将变得更加清楚。

附图说明

所包含的附图提供了对本发明的进一步理解，其被并入到本说明书中并构成本说明书的一部分，所述附图示出了本发明的实施例，并与文字描述一起用于解释本发明的原理。

其中：

图1是表示根据传统技术的往复式压缩机运行的控制装置结构的方框图；

图2是根据传统技术的往复式压缩机运行的控制方法的流程图；

图3是表示根据本发明第一实施例的往复式压缩机运行的控制装置结构的方框图；

图4是表示根据本发明的用于检测冲程相位的方法的曲线图；

图5是表示根据本发明的用于检测电流相位的方法的曲线图；

图6是表示用于计算冲程与电流之间相位差的方法的曲线图；

图7是根据本发明第一实施例的往复式压缩机运行的控制方法的流程图；

图8是表示根据本发明第二实施例的往复式压缩机运行的控制装置结构的方框图；

图9是根据本发明第二实施例的往复式压缩机运行的控制方法的流程图；

图10是表示根据本发明第三实施例的往复式压缩机运行的控制装置结构的方框图；以及

图11是根据本发明第三实施例的往复式压缩机运行的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照图3到图11描述根据本发明优选实施例的往复式压缩机运行的控制装置和控制方法，不管往复式压缩机的内部电动机的参数和往复式压缩机的机械误差如何，其都能够通过将与往复式压缩机的排放阀打开时的点(point)相对应的冲程估计值确定为冲程参考值，并根据确定的冲程参考值控制施加到往复式压缩机上的电压，来精确地控制往复式压缩机的运行(冲程)。

图3是表示根据本发明第一实施例的往复式压缩机运行的控制装置结构的方框图。

如图3所示，根据本发明第一实施例的往复式压缩机运行的控制装置包括：电流检测器17，其用于检测施加到往复式压缩机16的电动机(未示出)上的电流；电压检测器15，其用于检测施加到电动机上的电压；冲程计算器14，其基于检测到的电流和电压值以及电动机的参数来计算往复式压缩机16的冲程估计值；比较器12，其用于比较冲程估计值和冲程参考值，并根据比较结果输出差值；冲程控制器13，其根据该差值来改变施加到电动机上的电压，从而控制往复式压缩机16的运行(冲程)；相位差检测器19，其基于在一个周期内的冲程估计值和电流值来检测往复式压缩机16的冲程与电流之间的相位差；拐点检测器18，其用于检测相位差的拐点并输出拐点检测信号；以及冲程参考值校正器11，其基于从拐点检测器18输出的拐点检测信号，将与检测到拐点时的点相对应的冲程估计值确定为冲程参考值，并将确定的冲程参考值输出到比较器12.在此，拐点表示冲程与电流之间的相位差在已减小之后又增加的点，即斜率(slope)变化的点.冲程表示当活塞往复移动时，往复式压缩机的活塞(未示出)的位置.

现将详细描述根据本发明第一实施例的往复式压缩机运行的控制装置的操作。

首先，电流检测器17检测施加到往复式压缩机16的电动机上的电流，并将检测的电流值输出到冲程计算器14和相位差检测器19。此时，电压检测器15检测施加到往复式压缩机16的电动机上的电压，并将检测的电压值输出到冲程计算器14。

冲程计算器14基于电流和电压值以及电动机的参数计算往复式压缩机16的冲程估计值，并将计算出的冲程估计值应用到比较器12。

比较器12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13。

然后，冲程控制器13通过改变施加到电动机上的电压来控制往复式压缩机的冲程。在此，冲程参考值是与冲程与电流之间相位差的拐点产生时的点相对应的冲程估计值。

也就是说，冲程参考值对应(means)往复式压缩机的排放阀打开时的点。因此，通过以下步骤可以精确地控制往复式压缩机的运行(冲程)，即基于在一个周期内的冲程估计值检测冲程相位，基于在一个周期内的电流值检测电流相位，检测已检测到的冲程与电流之间相位差的拐点，将与拐点产生时的点相对应的冲程估计值(冲程参考值)认为是排放阀打开时的点，以及将预设冲程参考值改变为冲程估计值(冲程参考值)。

现将详细描述用于检测冲程与电流之间相位差的拐点的方法。在此，本领域的技术人员可以以多种实施方式实现用于检测冲程与电流之间相位差的拐点的方法，下面将参考图4到图6详细描述这些实施方式中的一个。

首先，相位差检测器19基于与一个周期对应的冲程估计值检测冲程相位，基于与一个周期对应的电流值检测电流相位，检测冲程与电流之间的相位差，以及将检测到的相位差输出到拐点检测器18。例如，相位差检测器19计算小于“0”的冲程估计值的平均值与小于“0”的电流值的平均值之间的角度，从而检测相位差。

图4是表示根据本发明的用于检测冲程相位的方法的曲线图。

如图4所示，θ具有在一个周期内从起点到终点的0～360的数值。然而，与小于“0”的冲程估计值相对应的θ具有p～q的数值，并且其数量(k)为“n”。在这里，为了具有抵抗干扰的特性，优选不计算中间值而计算平均值。因此，通过下面示出的公式(2)来计算冲程相位(θ_x)：

${\mathrm{\θ}}_x=\frac{1}{n}\underset{j=p}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}j---\left(2\right)$

图5是表示根据本发明的用于检测电流相位的方法的曲线图。

如图5所示，与小于“0”的值相对应的θ具有p～q的数值，并且其数量(k)为“n”。因此，通过下面示出的公式(3)来计算电流相位(θ_i)：

${\mathrm{\θ}}_i=\frac{1}{n}\underset{j=p}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}j---\left(3\right)$

图6是表示用于计算冲程与电流之间相位差的方法的曲线图。

如图6所示，相位差检测器19通过计算小于“0”的冲程估计值的平均值与小于“0”的电流值的平均值之间的角度，来检测冲程与电流之间的相位差(θ_i，x)。

其后，拐点检测器18检测冲程与电流之间相位差的拐点(冲程与电流之间的相位差在已减小之后又增加的点)，并将拐点检测信号输出到冲程参考值校正器11。

冲程参考值校正器11基于从拐点检测器18输出的拐点检测信号来校正预设冲程参考值。也就是说，冲程参考值校正器11将与检测到的电流和冲程之间相位差的拐点产生时的点相对应的冲程估计值确定为冲程参考值，并将确定的冲程参考值应用到比较器12。例如，冲程参考值校正器11从存储单元(未示出)读出用于将预设冲程参考值改变为确定的冲程参考值的校正值，将读出的校正值加入预设冲程参考值，并将已增加的值(冲程参考值)输出到比较器12。

同时，如果没有产生检测到的电流与冲程之间相位差的拐点，则优选地，冲程参考值校正器11将先前确定的冲程参考值应用到比较器12，或将预设冲程参考值应用到比较器12。

现将参考图3到图7详细描述根据本发明第一实施例的往复式压缩机运行的控制方法。

图7是根据本发明第一实施例的往复式压缩机运行的控制方法的流程图。

首先，电流检测器17检测施加到往复式压缩机16的电动机上的电流，并将检测的电流值输出到冲程计算器14和相位差检测器19。此时，电压检测器15检测施加到往复式压缩机16的电动机上的电压，并将检测的电压值输出到冲程计算器14(步骤S11)。

冲程计算器14基于电流和电压值以及电动机的参数来计算冲程估计值，并将计算出的冲程估计值应用到相位差检测器19(步骤S12)。

相位差检测器19基于与一个周期对应的冲程估计值检测冲程相位，基于与一个周期对应的电流值检测电流相位，检测冲程与电流之间的相位差，以及将检测到的相位差输出到拐点检测器18(步骤S13)。

拐点检测器18检测冲程估计值与电流之间相位差的拐点以产生拐点检测信号，并将该拐点检测信号输出到冲程参考值校正器11(步骤S14)。

冲程参考值校正器11从拐点检测器18接收拐点检测信号，并基于接收到的拐点检测信号校正预设冲程参考值。也就是说，冲程参考值校正器11将与检测的电流与冲程之间相位差的拐点产生时的点相对应的冲程估计值确定为冲程参考值，并将确定的冲程参考值应用到比较器12(步骤S15)。

同时，如果没有产生检测到的电流与冲程之间相位差的拐点，则冲程参考值校正器11将预设冲程参考值应用到比较器12，或者如果有先前确定的冲程参考值，则冲程参考值校正器11将先前确定的冲程参考值应用到比较器12。

比较器12比较冲程估计值和预先确定的冲程参考值，并根据比较结果将差值应用到冲程控制器13(步骤S16)。

如果基于该差值，冲程估计值小于预先确定的冲程参考值，则冲程控制器13增加施加到往复式压缩机的电动机上的电压(步骤S17).但是如果基于该差值，冲程估计值大于预先确定的冲程参考值，则冲程控制器13减小施加到往复式压缩机的电动机上的电压(步骤S18).

因此，根据本发明的往复式压缩机运行的控制装置和控制方法，不管往复式压缩机的内部电动机参数和往复式压缩机的机械误差如何，通过以下步骤都可以精确地控制往复式压缩机的运行(冲程)，即基于往复式压缩机的冲程估计值和施加到往复式压缩机上的电流值来检测冲程与电流之间的相位差，将与相位差的拐点产生时的点相对应的冲程估计值认为是往复式压缩机的排放阀打开时的点，并将冲程估计值确定为冲程参考值。

另外，根据本发明的往复式压缩机运行的控制装置和控制方法，通过根据与相位差的拐点产生时的点相对应的冲程估计值来控制往复式压缩机的冲程，从而当负载增加时，能根据负载一致地增加往复式压缩机的压缩容量，并且当负载变小时，能一致地减小往复式压缩机的压缩容量。因此，能够以特定负载所需的压缩容量精确地控制往复式压缩机。

图8是表示根据本发明第二实施例的往复式压缩机运行的控制装置的结构的方框图。

如图8所示，根据本发明第二实施例的往复式压缩机运行的控制装置包括：电流检测器17，其用于检测施加到往复式压缩机16的电动机(未示出)上的电流；电压检测器15，其用于检测施加到电动机上的电压；冲程计算器14，其基于检测到的电流和电压值以及电动机的参数来计算往复式压缩机16的冲程估计值；比较器12，其用于比较冲程估计值和冲程参考值，并根据比较的结果输出差值；冲程控制器13，其根据该差值来改变施加到电动机上的电压，从而控制往复式压缩机16的运行(冲程)；阻尼系数计算器22，其基于冲程与电流、电流值与冲程估计值之间的相位差来计算阻尼系数；拐点检测器21，其用于检测从阻尼系数计算器22输出的阻尼系数的拐点，并产生拐点检测信号；以及冲程参考值校正器11，其基于从拐点检测器18输出的拐点检测信号，将与拐点被检测到时的点相对应的冲程估计值确定为冲程参考值，并将确定的冲程参考值输出到比较器12。在此，确定的冲程参考值对应往复式压缩机的排放阀打开时的点，并且拐点表示阻尼系数在已减小之后又增加的点，即斜率变化的点。

现将参考图8和图9描述根据本发明第二实施例的往复式压缩机运行的控制装置的操作。

图9是根据本发明第二实施例的往复式压缩机运行的控制方法的流程图。

首先，电流检测器17检测施加到往复式压缩机16的电动机上的电流，并将检测的电流值输出到冲程计算器14和阻尼系数计算器22。此时，电压检测器15检测施加到往复式压缩机16的电动机上的电压，并将检测的电压值输出到冲程计算器14(步骤S21)。

冲程计算器14基于电流和电压值以及电动机的参数来计算冲程估计值，并将计算出的冲程估计值应用到阻尼系数计算器22(步骤S22)。

阻尼系数计算器22基于与一个周期对应的冲程估计值检测冲程相位，基于与一个周期对应的电流值检测电流相位，检测该冲程与该电流之间的相位差(步骤S23)，基于检测到的相位差、电流值、冲程估计值来计算阻尼系数，并将该阻尼系数输出到拐点检测器21。在此，由于用于检测相位差的方法已在第一实施例中详细进行了描述，因此将省略对它的说明。

阻尼系数计算器22通过使用下面示出的公式(4)来计算阻尼系数(C)：

$C=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\ω}}\×\left|\frac{I\left(\mathrm{jw}\right)}{X\left(\mathrm{jw}\right)}\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_{i,x}\right)---\left(4\right)$

其中，“α”是往复式压缩机的电动机常数，ω是2πf(“f”是运行频率)，I(jw)是一个周期的电流峰值，X(jw)是一个周期的冲程峰值，以及θ_i，x表示电流与冲程之间的相位差。

拐点检测器21通过检测阻尼系数(C)的拐点(阻尼系数在已减小之后又增加的点)产生拐点检测信号，并将拐点检测信号输出到冲程参考值校正器11(步骤S24)。

冲程参考值校正器11基于从拐点检测器21输出的拐点检测信号来校正预设冲程参考值。也就是说，冲程参考值校正器11将与阻尼系数的拐点产生时的点相对应的冲程估计值确定为冲程参考值，并将该确定的冲程参考值应用到比较器12。例如，冲程参考值校正器11从存储单元(未示出)读出用于将预设冲程参考值改变为确定的冲程参考值的校正值，将读出的校正值加入预设冲程参考值，并将已增加的值(冲程参考值)输出到比较器12(步骤S25)。

比较器12比较冲程估计值与预先确定的冲程参考值，并根据比较结果将差值应用到冲程控制器13(步骤S26)。

如果基于该差值，冲程估计值小于预先确定的冲程参考值，则冲程控制器13增加施加到往复式压缩机的电动机上的电压(步骤S27)。但是如果基于该差值，冲程估计值大于预先确定的冲程参考值，则冲程控制器13减小施加到往复式压缩机的电动机上的电压(步骤S28)。

同时，如果没有产生阻尼系数的拐点，则冲程参考值校正器11将预设冲程参考值应用到比较器12，或者如果有先前确定的冲程参考值，则冲程参考值校正器11将先前确定的冲程参考值应用到比较器12。

因此，根据本发明的往复式压缩机运行的控制装置和控制方法，不管往复式压缩机的内部电动机参数和往复式压缩机的机械误差如何，通过以下步骤都可以精确地控制往复式压缩机的运行(冲程)，即基于往复式压缩机的冲程估计值和施加到往复式压缩机上的电流值来检测冲程与电流之间的相位差，基于相位差、电流值以及冲程估计值来计算阻尼系数，将与阻尼系数的拐点产生时的点相对应的冲程估计值认为是往复式压缩机的排放阀打开时的点，并将冲程估计值确定为冲程参考值。

另外，根据本发明往复式压缩机运行的控制装置和控制方法，通过根据与阻尼系数的拐点产生时的点相对应的冲程估计值来控制往复式压缩机的冲程，从而当负载增加时，能根据负载一致地增加往复式压缩机的压缩容量，并且当负载变小时，能一致地减小往复式压缩机的压缩容量。因此，可以以特定负载所需的压缩容量精确地控制往复式压缩机。

图10是表示根据本发明第三实施例的往复式压缩机运行的控制装置结构的方框图。

如图10所示，根据本发明第三实施例的往复式压缩机运行的控制装置包括：电流检测器17，其用于检测施加到往复式压缩机16的电动机(未示出)上的电流；电压检测器15，其用于检测施加到电动机上的电压；冲程计算器14，其基于检测的电流和电压值以及电动机的参数来计算往复式压缩机16的冲程估计值；比较器12，其用于比较冲程估计值和冲程参考值，并根据比较的结果输出差值；冲程控制器13，其通过根据差值来改变施加到电动机上的电压，从而控制往复式压缩机16的运行(冲程)；气弹簧常数计算器32，其基于冲程与电流、电流值与冲程估计值之间的相位差来计算往复式压缩机的气弹簧常数(K_g)；拐点检测器31，其用于检测从气弹簧常数计算器32输出的气弹簧常数的拐点，并产生拐点检测信号；以及冲程参考值校正器11，其基于从拐点检测器31输出的拐点检测信号，将与拐点被检测到时的点相对应的冲程估计值确定为冲程参考值，并将确定的冲程参考值输出到比较器12。在此，确定的冲程参考值表示往复式压缩机的排放阀打开时的点，拐点是气弹簧常数在已减小之后又增加的点，即斜率变化的点。

现将参考图10和图11描述根据本发明第三实施例的往复式压缩机运行的控制装置的操作。

图11是根据本发明第三实施例的往复式压缩机运行的控制方法的流程图。

首先，电流检测器17检测施加到往复式压缩机16的电动机上的电流，并将检测到的电流值输出到冲程计算器14和气弹簧常数计算器32。此时，电压检测器15检测施加到往复式压缩机16的电动机上的电压，并将检测的电压值输出到冲程计算器14(步骤S31)。

冲程计算器14基于电流和电压值以及电动机的参数来计算冲程估计值，并将计算出的冲程估计值应用到气弹簧常数计算器32(步骤S32)。

气弹簧常数计算器32基于与一个周期对应的冲程估计值检测冲程相位，基于与一个周期对应的电流值检测电流相位，检测该冲程与该电流之间的相位差(步骤S33)，基于检测到的相位差、电流值、冲程估计值来计算气弹簧常数，并将该气弹簧常数输出到拐点检测器31。在此，由于用于检测相位差的方法已在第一实施例中详细进行了描述，因此将省略对它的说明。

气弹簧常数计算器32通过使用下面示出的公式(5)来计算气弹簧常数(K_g)：

$k_g=\mathrm{\α}\×\left|\frac{I\left(\mathrm{jw}\right)}{X\left(\mathrm{jw}\right)}\right|\×\cos \left({\mathrm{\θ}}_{i,x}\right)+{\mathrm{M\ω}}^2-K_m---\left(5\right)$

其中，“α”是往复式压缩机的电动机常数，I(jw)是一个周期的电流峰值，X(jw)是一个周期的冲程峰值，θ_i，x表示电流与冲程之间的相位差，“M”是往复式压缩机的活塞运动质量(moving mass)，ω是2πf(“f”是运行频率)，以及K_m是往复式压缩机的机械弹簧常数。

拐点检测器31检测气弹簧常数(K_g)的拐点(气弹簧常数在已减小之后又增加的点)，并将拐点检测信号输出到冲程参考值校正器11(步骤S34)。

冲程参考值校正器11基于从拐点检测器31输出的拐点检测信号来校正预设冲程参考值。也就是说，冲程参考值校正器11将与气弹簧常数的拐点产生时的点相对应的冲程估计值确定为冲程参考值，并将该确定的冲程参考值应用到比较器12。例如，冲程参考值校正器11从存储单元(未示出)读出用于将预设冲程参考值改变为确定的冲程参考值的校正值，将读出的校正值加入预设冲程参考值，并将该增加的值(冲程参考值)输出到比较器12(步骤S35)。

比较器12比较冲程估计值与预先确定的冲程参考值，并根据比较结果将差值应用到冲程控制器13(步骤S36)。

如果基于该差值，冲程估计值小于预先确定的冲程参考值，则冲程控制器13增加施加到往复式压缩机的电动机上的电压(步骤S37).但是如果基于该差值，冲程估计值大于预先确定的冲程参考值，则冲程控制器13减小施加到往复式压缩机的电动机上的电压(步骤S38).

同时，如果没有产生气弹簧常数的拐点，则冲程参考值校正器11将预设冲程参考值应用到比较器12，或者如果有先前确定的冲程参考值，则冲程参考值校正器11将先前确定的冲程参考值应用到比较器12。

因此，根据本发明的往复式压缩机运行的控制装置和控制方法，不管往复式压缩机的内部电动机参数和往复式压缩机的机械误差如何，通过以下步骤都可以精确地控制往复式压缩机的运行(冲程)，即基于往复式压缩机的冲程估计值和施加到往复式压缩机上的电流值来检测冲程与电流之间的相位差，基于相位差、电流值以及冲程估计值来计算气弹簧常数，将与气弹簧常数的拐点产生时的点相对应的冲程估计值认为是往复式压缩机的排放阀打开时的点，并将冲程估计值确定为冲程参考值。

另外，根据本发明的往复式压缩机运行的控制装置和控制方法，通过根据与气弹簧常数的拐点产生时的点相对应的冲程估计值来控制往复式压缩机的冲程，从而当负载增加时，能根据负载一致地增加往复式压缩机的压缩容量，并且当负载变小时，能一致地减小往复式压缩机的压缩容量。因此，可以以特定负载所需的压缩容量精确地控制往复式压缩机。

如上所述，根据本发明的往复式压缩机运行的控制装置和控制方法具有许多优点。

即，例如，第一，通过将与往复式压缩机的排放阀打开时的点相对应的冲程估计值确定为冲程参考值，并根据该确定的冲程参考值来控制施加到往复式压缩机上的电压，从而不管往复式压缩机的内部电动机参数和元件误差如何，都可以精确地控制往复式压缩机的运行(冲程)。

第二，通过基于往复式压缩机的冲程估计值和施加到往复式压缩机上的电流值来检测冲程与电流之间的相位差，并且基于与相位差的拐点产生时的点相对应的冲程估计值来控制往复式压缩机的冲程，从而不管往复式压缩机的内部电动机参数和元件误差如何，都可以精确地控制往复式压缩机的运行(冲程)。

第三，基于与相位差的拐点产生时的点相对应的冲程估计值，可以以特定负载所需的压缩容量精确地控制往复式压缩机。

第四，通过基于与阻尼系数的拐点产生时的点相对应的冲程估计值来控制往复式压缩机的冲程，从而不管往复式压缩机的内部电动机参数和元件误差如何，都可以精确地控制往复式压缩机的运行(冲程)。

第五，基于与阻尼系数的拐点产生时的点相对应的冲程估计值，可以以特定负载所需的压缩容量精确地控制往复式压缩机。

第六，通过基于与气弹簧常数的拐点产生时的点相对应的冲程估计值来控制往复式压缩机的冲程，从而不管往复式压缩机的内部电动机参数和元件误差如何，都可以精确地控制往复式压缩机的运行(冲程)。

第七，基于与气弹簧常数的拐点产生时的点相对应的冲程估计值，可以以特定负载所需的压缩容量精确地控制往复式压缩机。

由于只要在不脱离本发明的精神或必要特征的情况下可以以多种形式实施本发明，因此应当理解，除非特别说明，上述实施例并不受限于上述说明中的任何细节，而应该是在所附权利要求书所限定的精神和范围内被广泛解释，因此所有落入该权利要求书的范围及其等效范围内的变化和修改都应涵盖在所附权利要求书的范围之内。

Claims (12)

1.一种往复式压缩机运行的控制装置，该装置将与该往复式压缩机的排放阀打开时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值，并根据该确定的冲程参考值来控制施加到该往复式压缩机上的电压，该装置包括：

冲程计算器，其基于施加到该往复式压缩机的电动机上的电压值和施加到该往复式压缩机的电动机上的电流值，来计算冲程估计值；

阻尼系数计算器，其基于在一个周期内的冲程估计值和电流值，来检测该往复式压缩机的冲程与施加到该电动机上的电流之间的相位差，并基于该相位差、该电流值以及该冲程估计值，来计算阻尼系数；

拐点检测器，其用于检测该阻尼系数的拐点，并输出拐点检测信号；

冲程参考值校正器，其基于该拐点检测信号，将与该拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及

冲程控制器，其根据该确定的冲程参考值来控制施加到该电动机上的电压，

其中与该往复式压缩机的排放阀打开时相对应的冲程估计值是与该拐点产生时相对应的冲程估计值。

2.一种往复式压缩机运行的控制装置，该装置将与该往复式压缩机的排放阀打开时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值，并根据该确定的冲程参考值来控制施加到该往复式压缩机上的电压，该装置包括：

冲程计算器，其基于施加到该往复式压缩机的电动机上的电压值和施加到该往复式压缩机的电动机上的电流值，来计算冲程估计值；

气弹簧常数计算器，其基于在一个周期内的冲程估计值和电流值，来检测该往复式压缩机的冲程与施加到该电动机上的电流之间的相位差，并基于该相位差、该电流值以及该冲程估计值，来计算该往复式压缩机的气弹簧常数；

拐点检测器，其用于检测该气弹簧常数的拐点，并输出拐点检测信号；

冲程参考值校正器，其基于该拐点检测信号，将与该拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及

冲程控制器，其根据该确定的冲程参考值来控制施加到该电动机上的电压，

其中与该往复式压缩机的排放阀打开时相对应的冲程估计值是与该拐点产生时相对应的冲程估计值。

3.一种往复式压缩机运行的控制方法，包括：

将与该往复式压缩机的排放阀打开时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及

根据该确定的冲程参考值来控制施加到该往复式压缩机上的电压；

其中确定该冲程参考值的步骤包括：

检测该往复式压缩机的冲程与施加到该往复式压缩机上的电流之间的相位差；

基于该相位差、施加到该往复式压缩机上的电流值以及该往复式压缩机的冲程估计值，来计算阻尼系数；以及

将与该阻尼系数的拐点产生时相对应的该冲程估计值确定为该冲程参考值。

4.一种往复式压缩机运行的控制方法，包括：

将与该往复式压缩机的排放阀打开时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及

根据该确定的冲程参考值来控制施加到该往复式压缩机上的电压；

其中确定该冲程参考值的步骤包括：

检测该往复式压缩机的冲程与施加到该往复式压缩机上的电流之间的相位差；

基于该相位差、施加到该往复式压缩机上的电流值以及该往复式压缩机的冲程估计值，来计算该往复式压缩机的气弹簧常数；以及

将与该气弹簧常数的拐点产生时相对应的该冲程估计值确定为该冲程参考值。

5.一种往复式压缩机运行的控制装置，包括：

冲程计算器，其基于施加到该往复式压缩机的电动机上的电压值和施加到该往复式压缩机的电动机上的电流值，来计算冲程估计值；

阻尼系数计算器，其基于在一个周期内的冲程估计值和电流值，来检测该往复式压缩机的冲程与施加到该电动机上的电流之间的相位差，并基于该相位差、该电流值以及该冲程估计值，来计算阻尼系数；

拐点检测器，其用于检测该阻尼系数的拐点，并输出拐点检测信号；

冲程参考值校正器，其基于该拐点检测信号，将与该拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及

冲程控制器，其根据该确定的冲程参考值来控制施加到该电动机上的电压。

6.如权利要求5所述的控制装置，其中在接收到该拐点检测信号时，该冲程参考值校正器将校正值加入预设冲程参考值，以使该预设冲程参考值改变为该确定的冲程参考值。

7.一种往复式压缩机运行的控制装置，包括：

冲程计算器，其基于施加到该往复式压缩机的电动机上的电压值和施加到该往复式压缩机的该电动机上的电流值，来计算冲程估计值；

气弹簧常数计算器，其基于在一个周期内的冲程估计值和电流值，来检测该往复式压缩机的冲程与施加到该电动机上的电流之间的相位差，并基于该相位差、该电流值以及该冲程估计值，来计算该往复式压缩机的气弹簧常数；

拐点检测器，其用于检测该气弹簧常数的拐点，并输出拐点检测信号；

冲程参考值校正器，其基于该拐点检测信号，将与该拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及

冲程控制器，其根据该确定的冲程参考值来控制施加到该电动机上的电压。

8.如权利要求7所述的控制装置，其中在接收到该拐点检测信号时，该冲程参考值校正器将校正值加入预设冲程参考值，以使该预设冲程参考值改变为该确定的冲程参考值。

9.一种往复式压缩机运行的控制方法，包括：

基于施加到该往复式压缩机的电动机上的电压值和电流值来计算冲程估计值；

基于在一个周期内的冲程估计值和电流值检测该往复式压缩机的冲程与施加到该电动机上的电流之间的相位差；

基于该相位差、该电流值以及该冲程估计值来计算阻尼系数；

检测该阻尼系数的拐点；

将与该拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及

根据该确定的冲程参考值来控制施加到该电动机上的电压。

10.一种往复式压缩机运行的控制方法，包括：

基于施加到该往复式压缩机的电动机上的电压值和电流值来计算冲程估计值；

基于在一个周期内的冲程估计值和电流值检测该往复式压缩机的冲程与施加到该电动机上的电流之间的相位差；

基于该相位差、该电流值以及该冲程估计值来计算该往复式压缩机的气弹簧常数；

检测该气弹簧常数的拐点；

将与该拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及

根据该确定的冲程参考值来控制施加到该电动机上的电压。

11.一种往复式压缩机运行的控制方法，包括：

检测该往复式压缩机的冲程与施加到该往复式压缩机上的电流之间的相位差；

基于该相位差、施加到该往复式压缩机上的电流值以及该往复式压缩机的冲程估计值，来计算阻尼系数；

将与该阻尼系数的拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及

根据该确定的冲程参考值来控制施加到该往复式压缩机上的电压。

12.一种往复式压缩机运行的控制方法，包括：

检测该往复式压缩机的冲程与施加到该往复式压缩机上的电流之间的相位差；

基于该相位差、施加到该往复式压缩机上的电流值以及该往复式压缩机的冲程估计值，来计算该往复式压缩机的气弹簧常数；

将与该气弹簧常数的拐点产生时相对应的冲程估计值确定为冲程参考值；以及

根据该确定的冲程参考值来控制施加到该往复式压缩机上的电压。

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