DE10253014A1 - Method of operating refrigerant coolant compressor involves using noise compensation signal with predefined phase offset to reduce operating noise - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verdrängermaschine, insbesondere Kältemittelverdichter, die von einem elektrischen Motor angetrieben wird, dem man elektrische Leistung in Form von Strom und Spannung mit vorgebbarem Verlauf zuführt, wobei man ein Geräuschsignal ermittelt und unter Verwendung des Geräuschsignals eine Geräuschkompensation vornimmt. Ferner betrifft die Erfindung eine Verdrängermaschine, insbesondere Kältemittelverdichter, mit einem elektrischen Motor, der mit einer Ansteuerschaltung verbunden ist, und einem Geräuschsensor, der mit der Ansteuerschaltung verbunden ist.The invention relates to a method to operate a displacement machine, especially refrigerant compressors, which is powered by an electric motor that is electric Power in the form of current and voltage with a predeterminable curve supplies, being a sound signal determined and a noise compensation using the noise signal performs. The invention further relates to a displacement machine, especially refrigerant compressors, with an electric motor connected to a control circuit and a noise sensor, which is connected to the control circuit.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Kältemittelverdichters als Beispiel für eine Verdrängermaschine beschrieben. Sie ist aber auch bei anderen Verdränger maschinen anwendbar, bei denen ähnliche Probleme entstehen, beispielsweise bei Pumpen.The invention is illustrated below of a refrigerant compressor as an example of a displacement machine described. But it is also applicable to other displacement machines similar to them Problems arise, for example with pumps.
Kältemittelverdichter werden vielfach in Kühlmöbeln, wie Kühlschränken, verwendet, die nicht nur in einer Küche, sondern auch in einem Wohnbereich stehen können. Insbesondere gilt dies für Kühlschränke, die in einem Hotelzimmer Verwendung finden. Derartige Kühlschränke sollten möglichst leise arbeiten. Man hat daher in Hotels vielfach Kühlschränke verwendet, die nach dem Absorptionsprinzip arbeiten. Möglich sind auch Peltierelemente zur Kälteerzeugung. Beide Kühlmöglichkeiten haben aber gegenüber Kälteanlagen, die mit Verdichtern arbeiten, einen relativ schlechten Wirkungsgrad. Verdichter-Kälteanlagen sind in höherem Maße energieoptimiert und daher auch unter energiemäßigen Gesichtspunkten besser für die Anwendung in Hotels geeignet. Allerdings ist es erforderlich, die Kälteanlagen mit Verdichtern auf möglichst niedrigem Geräuschniveau zu betreiben.Refrigerant compressor are often used in refrigeration cabinets, such as Refrigerators, used, not just in a kitchen, but can also stand in a living area. This applies in particular to refrigerators find use in a hotel room. Such refrigerators should preferably work quietly. Therefore, refrigerators have often been used in hotels, that work on the absorption principle. Peltier elements are also possible Refrigeration. Both cooling options but have opposite Refrigeration systems, that work with compressors, a relatively poor efficiency. Compressor refrigeration systems are in higher Dimensions optimized for energy and therefore also from an energy point of view better for suitable for use in hotels. However, it is necessary the refrigeration systems with compressors on if possible low noise level to operate.
Für die Dämpfung von akustischen Geräuschen von Verdichtern gibt es bereits einige Vorschläge. Ein Verdichter strahlt über einen relativ breiten akustischen Bereich Geräusche aus. Diese Geräusche setzen sich zusammen aus der Grundfrequenz für den Motor und deren Harmonischen sowie Geräuschen von den Saug- und Druckventilen.For the damping of acoustic noises compressors already have some suggestions. A compressor shines over you relatively wide acoustic range noise. Put those noises consist of the basic frequency for the motor and its harmonics as well as noises from the suction and pressure valves.
Allerdings hat die bekannte Lösung den Nachteil, daß die sich verändernden Drehzahlen unter Umständen zu Betriebsarten führen können, in denen der Leistungsverbrauch auf unerwünschte Werte steigt. Man muß daher diesbezüglich Kompromisse eingehen.However, the known solution has the disadvantage that the changing Speeds under certain circumstances lead to operating modes can, in which the power consumption increases to undesirable values. So you have to in this regard To make compromises.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Reduzieren von Geräuschen anzugeben, die den allgemeinen Verdichterbetrieb möglichst wenig beeinflussen und deren Realisierung einfach ist.The invention is based on the object Method of reducing noise specify the general compressor operation as possible influence little and its implementation is simple.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man ein Kompensationssignal mit einer vorbestimmten Phasenlage zum Geräusch signal erzeugt und dem Verlauf des Stroms und/oder der Spannung überlagert.This task is done in a process of the type mentioned solved in that a compensation signal generated with a predetermined phase to the signal and the Course of the current and / or the voltage superimposed.
Man gewinnt also aus dem Geräuschsignal zunächst ein Kompensationssignal. Das Kompensationssignal wird mehr oder weniger direkt zur Veränderung der elektrischen Energieversorgung verwendet. Die Veränderung der elektrischen Energieversorgung hat unmittelbar Auswirkungen auf den Motor. Wenn man beispielsweise Schwingungen in den Strom oder in die Spannung einspeist, dann wirken diese Schwingungen im Motor. Wenn die Schwingungen entsprechend gegenphasig zu den Schwingungen sind, die Geräusche verursachen, dann kann man die Geräusche dämpfen und sogar weitgehend beseitigen. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die Geräuschentstehung und die Maßnahmen, die man zur Geräuschdämpfung vornimmt, räumlich an eng benachbarten Orten in der Anordnung aus Verdrängermaschine und Motor wirken. Dies wiederum hat den Vorteil, daß sich die Geräuschdämpfung nicht auf einen vorbestimmten kleinen Abstrahlwinkel beschränkt, sondern die Geräuschdämpfung tatsächlich in einem relativ großen räumlichen Umfangswinkel erfolgt. Die Maßnahme ist relativ einfach, weil man keine zusätzlichen Elemente, wie Lautsprecher oder ähnliches, benötigt. Diese zusätzlichen Elemente sind nicht nur kostenaufwendig. Sie erhöhen auch den Aufwand bei der Montage und können unter Umständen störungsanfällig sein. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind lediglich kleinere Eingriffe in die elektrische Energieversorgung notwendig. Dies ist bei heutigen Verdichtern aber in der Regel unproblematisch, weil die meisten Verdichter ohnehin von einem Umrichter oder Wechselrichter angetrieben werden.A compensation signal is thus initially obtained from the noise signal. The compensation signal is used more or less directly to change the electrical power supply. The change in the electrical power supply has an immediate impact on the motor. For example, if vibrations are fed into the current or voltage, these vibrations act in the motor. If the vibrations are in phase opposition to the vibrations that cause noise, then the noise can be dampened and even largely eliminated. This solution has the advantage that the noise generation and the measures that are taken to dampen the noise act spatially in closely adjacent locations in the arrangement of the displacement machine and motor. This in turn has the advantage that the noise damping is not limited to a predetermined small radiation angle, but the noise damping actually takes place in a relatively large spatial circumferential angle. The measure is relatively simple because no additional elements, such as speakers or the like, are required. These additional elements are not only expensive. They also increase the effort involved in assembly and may be prone to failure. With the method according to the invention, only minor interventions in the electrical energy supply are necessary. With today's compressors, however, this is usually not a problem Blematic, because most compressors are driven by a converter or inverter anyway.
Man benötigt also keine mechanischen Mittel, die der Geräuschdämpfung dienen.So you don't need mechanical ones Means used to dampen noise.
Vorzugsweise betreibt man den Motor mit einer Grundfrequenz und moduliert das Kompensationssignal auf die Grundfrequenz auf. Die Grundfrequenz eines Motors liegt in der Größenordnung von 10 bis 100 Hz. Sie muß nicht auf einer reinen Wechselspannungsversorgung beruhen, sondern kann durchaus einen Drehfeld-Antrieb beinhalten. Die Geräusche haben in der Regel eine wesentlich höhere Frequenz, beispielsweise im Bereich von 500 bis 1500. Hz. Es ist daher ohne weiteres möglich, die höherfrequenten Geräuschanteile durch ein Kompensationssignal mit einer entsprechenden Frequenz zu eliminieren, wenn das Kompensationssignal auf den Stromverlauf oder den Spannungsverlauf aufmoduliert wird.The motor is preferably operated with a fundamental frequency and modulates the compensation signal the fundamental frequency. The fundamental frequency of an engine lies in the Magnitude from 10 to 100 Hz. It doesn't have to based on a pure AC voltage supply, but can certainly include a rotating field drive. The sounds usually have one much higher frequency, for example in the range from 500 to 1500 Hz. It is therefore without further possible the higher frequencies noise components by a compensation signal with a corresponding frequency to eliminate when the compensation signal on the current flow or modulating the voltage curve.
Hierbei ist bevorzugt, daß man die Grundfrequenz in Abhängigkeit von äußeren Bedingungen verändert. Die äußeren Bedingungen können beispielsweise ein erhöhter Kältebedarf oder die Änderung der Umgebungsbedingungen sein. Die Änderung der Grundfrequenz erfolgt unabhängig von den Geräuschen, die Geräusche werden aber auch bei sich ändernden Grundfrequenzen zuverlässig kompensiert.It is preferred that the Basic frequency depending changed by external conditions. The external conditions can for example an elevated one cooling demand or the change of the environmental conditions. The change in the fundamental frequency takes place independently from the noises, the noises but are also changing Reliable fundamental frequencies compensated.
Bevorzugterweise filtert man aus dem Geräuschsignal die Grundfrequenz heraus und unterzieht das verbleibende Signal einer Phasenverschiebung. Dies läßt sich am einfachsten anhand eines Kolbenverdichters erklären. Im Geräusch ist immer eine Komponente enthalten, die die Grundfrequenz hat. Diese Grundfrequenz entspricht der Kolbenbewegung. Diesem Geräuschanteil sind höhenfrequente Anteile überlagert, die eliminiert werden sol len. Dies läßt sich einfach dadurch bewerkstelligen, daß man den niederfrequenten Anteil herausfiltert, beispielsweise durch einen Hochpaßfilter, und die übrigen Signalanteile einer Phasenverschiebung unterzieht. Die Phasenverschiebung sollte letztendlich zu einer Phasenumkehr führen. Eine exakte Phasenumkehr ist aber nicht unbedingt erforderlich.It is preferable to filter out the noise signal the fundamental frequency and undergoes the remaining signal a phase shift. This can be done easiest to explain using a piston compressor. in the noise there is always a component that has the fundamental frequency. This basic frequency corresponds to the piston movement. This noise component are high frequencies Shares overlaid, that should be eliminated. This can be done simply by that he filters out the low-frequency component, for example by a high pass filter, and the rest Signal components undergo a phase shift. The phase shift should ultimately lead to a phase reversal. An exact phase reversal but is not absolutely necessary.
Es ist nämlich bevorzugt, daß man die Phasenverschiebung in Abhängigkeit von einer Entfernung zwischen dem Motor und einem Sensor vornimmt, der das Geräuschsignal ermittelt. Dabei kann man Laufzeiteffekte zwischen dem Sensor und dem Motor bzw. dem Verdichter berücksichtigen. Die Phasenverschiebung kann also durchaus auch etwas mehr oder etwas weniger als 180° betragen.It is preferred that the Phase shift depending from a distance between the motor and a sensor, the the sound signal determined. You can see runtime effects between the sensor and the engine or the compressor. The phase shift can be a little more or a little less than 180 °.
Bevorzugterweise steuert man mit Hilfe des Kompensationssignals einen Gleichstrom-Zwischenkreis eines Umrichters. Mit anderen Worten greift man in die Versorgung des Wechselrichters des Umrichters ein und verändert die Zwischenkreisspannung so, daß der Motor mit einer bereits entsprechend vormodulierten Spannung versorgt wird. Dies ist eine relativ einfache Möglichkeit, das Kompensationssignal in die Leistungsversorgung des Motors einzubinden.It is preferable to steer With the help of the compensation signal a DC intermediate circuit Inverter. In other words, one reaches into the supply of the The inverter and changes the DC link voltage so that the Motor supplied with a correspondingly pre-modulated voltage becomes. This is a relatively simple way of getting the compensation signal to be integrated into the power supply of the motor.
Hierbei ist besonders bevorzugt, daß man eine Welligkeit des Stromes im Gleichstrom-Zwischenkreis erzeugt, die in Gegenphase zum Geräuschsignal ist. Wie oben ausgeführt, muß Gegenphase nicht unbedingt exakt 180° bedeuten, wenn man die unterschiedlichen Entfernungen zwischen dem Motor bzw. dem Verdichter und dem Geräuschsensor berücksichtigt. Eine Welligkeit, die im Zwischenkreisstrom in Gegenphase zu den Geräuschen ist, wird sich entsprechend auf den Motor auswirken, d.h. mit einer derartigen Welligkeit ist es auf relativ einfache Weise möglich, eine entsprechende Welligkeit im Motorzustrom zu erzeugen. Diese Welligkeit verursacht kleine aber hörbare Schwingungen im Statorblech. Diese hörbaren Schwingungen sind direkt proportional zur Motorfrequenz und das überlagert erzeugte elektronische Geräusch ist in Gegenphase zum ursprünglichen Geräusch, das damit im wesentlichen gelöscht werden kann. Das Ergebnis ist ein vermindertes Geräuschniveau. Mit anderen Worten werden Mikroschwingungen im Statorblech zur Löschung von akustischen Geräuschen genutzt.It is particularly preferred here that one Ripple of the current in the DC link generated in phase opposition to the noise signal is. As stated above must be opposite phase not necessarily mean exactly 180 °, if you consider the different distances between the engine or the compressor and the noise sensor considered. A ripple in the intermediate circuit current in phase opposition to the Noise is will affect the engine accordingly, i.e. with such a Ripple, it is possible in a relatively simple way, a corresponding ripple to generate in the engine inflow. This ripple causes little but audible Vibrations in the stator plate. These audible vibrations are direct proportional to the motor frequency and the superimposed electronic noise is in phase opposite to the original Noise, that essentially deleted it can be. The result is a reduced level of noise. In other words, micro-vibrations in the stator sheet are used to extinguish acoustic noise used.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann man mit Hilfe des Kompensationssignals Ansteuersignale einer Wechselrichterschaltung verändern. Beispielsweise kann man die Schalter des Wechselrichters früher oder später öffnen oder länger geöffnet oder geschlossen lassen. Dadurch 1äßt sich ein Verhalten des Rotors einstellen, das zu Schwingungen führt, gegebenenfalls auch zu kleineren Torsionsschwingungen. Wenn diese Schwingungen richtig eingestellt sind, dann löschen die dadurch erzeugten Geräusche die ursprünglich vorhandenen Geräusche, die durchaus auch andere Quellen, wie Ventile im Verdichter, haben können, aus.Alternatively or in addition can one with the help of the compensation signal control signals Change the inverter circuit. For example, you can switch the inverter earlier or open later or longer open or leave closed. This allows the rotor to behave adjust, which leads to vibrations, possibly also smaller torsional vibrations. If these vibrations are correct are set, then delete the noise generated by it the original existing sounds that can also have other sources, such as valves in the compressor.
Vorzugsweise betreibt man die Wechselrichterschaltung pulsbreitenmoduliert und wählt die Schaltfrequenz mindestens um den Faktor 5 größer als die höchste zu dämpfende Frequenz im Geräuschsignal. Stellt man sich beispielsweise eine Puls-Breiten-Modulationsfrequenz von 5 kHz vor und ein sich ergebendes Geräuschsignal, bei dem der größte Energieinhalt in der Größenordnung von 1 kHz liegt, dann ist es möglich, während der Dauer einer Periode der Motorgrundfrequenz fünf Korrekturen an der Puls-Breiten-Modulation vorzunehmen, d.h. fünfmal einer Verspätung oder eine Beschleunigung eines PWM-Pulses, Starts oder Stopps zu bewirken. Je höher die Puls-Breiten-Modulationsfrequenz ist, desto häufiger sind natürlich die Einwirkungsmöglichkeiten und -zeitpunkte. Üblicherweise können Puls-Breiten-Modulationen durchaus mit einer Frequenz von 10 kHz vorgenommen werden.The inverter circuit is preferably operated pulse width modulated and dials the switching frequency is at least 5 times greater than the highest absorbing Frequency in the noise signal. For example, consider a pulse width modulation frequency of 5 kHz ahead and a resulting noise signal with the greatest energy content in the order of magnitude of 1 kHz, then it is possible while the duration of one period of the basic motor frequency five corrections to the pulse width modulation to make, i.e. five times a delay or to accelerate a PWM pulse, start or stop. The higher the pulse width modulation frequency is the more common Naturally the possible influences and times. Pulse-width modulations can usually be used can be done with a frequency of 10 kHz.
Bevorzugterweise erhöht man die Schaltfrequenz, wenn das Geräuschsignal dies erfordert. Es können beispielsweise Situationen auftreten, wo man mit der normalen Schaltfrequenz nur eine unzureichende Dämpfung der Geräusche erreichen kann, weil die Korrektur "zu ungenau" ist. In diesem Fall kann man durch eine Erhöhung der Schaltfrequenz in der Puls-Breiten-Modulation eine verbesserte Dämpfung erreichen.The switching frequency is preferably increased if the noise signal so requires. For example, situations can arise in which the normal switching frequency is insufficient Adequate damping of the noise can reach because the correction is "too imprecise". In this case, an improved damping can be achieved by increasing the switching frequency in the pulse-width modulation.
Bevorzugterweise beschleunigt und bremst man den Motor während einer Umdrehung. Man kann damit erreichen, daß die Drehgeschwindigkeit des Motors, wenn man sie über eine Umdrehung mittelt, auf einem gewünschten Wert bleibt, also der gewünschten Drehzahl entspricht. Man kann also die Drehzahl des Motors nach wie vor an die Bedürfnisse des Verbrauchers anpassen, der von der Verdrängermaschine, beispielsweise dem Kältemittelverdichter, gespeist wird. Damit kann man die Einheit aus Motor und Verdichter auch unter energetischen Gesichtspunkten optimal betreiben. Gleichwohl können Geräusche unterdrückt werden. Der Betrieb des Motors wird im gro ßen und ganzen nicht beeinflußt. Mit anderen Worten wird der Benutzer keine Leistungsänderungen erfahren.Preferably accelerated and you brake the engine while one turn. It can be achieved that the rotational speed of the Motors if you put them over one revolution averages, remains at a desired value, i.e. the desired Speed corresponds. So you can check the speed of the engine as before to the needs of the Customize the consumer of the displacement machine, for example the refrigerant compressor becomes. This means that the motor and compressor unit can also be placed under optimally operate energetic aspects. Nevertheless, noise can be suppressed. The operation of the engine is largely unaffected. With in other words, the user will not experience any changes in performance.
Bevorzugterweise verstärkt man das Kompensationssignal mit einer selbstadaptierenden Verstärkung. Das Kompensationssignal muß bei der Verarbeitung mindestens einmal verstärkt werden. Diese Verstärkung ist insofern etwas kritisch, als ein zu kleines Kompensationssignal nicht ausreicht, um die Geräuschdämpfung im gewünschten Maß zu erzielen, während ein zu großen Kompensationssignal seinerseits wieder unerwünschte Geräusche erzeugen würde. Diese Problematik wird entschärft, wenn man die Verstärkung selbstadaptierend ausgestaltet, d.h. die Verstärkung paßt sich im Betrieb selbst an die Gegebenheiten so an, daß die gewünschte Geräuschdämpfung erzielt wird.It is preferable to reinforce the compensation signal with a self-adapting gain. The Compensation signal must processing at least once. This reinforcement is somewhat critical in that the compensation signal is too small not sufficient to reduce noise in the desired Measure too achieve while one too big Compensation signal would in turn generate unwanted noise. This Problem is mitigated, when you get the reinforcement designed to be self-adapting, i.e. the gain adapts itself to the operation Conditions so that the desired Noise reduction achieved becomes.
Bevorzugterweise vergrößert man einen Verstärkungsfaktor für das Kompensationssignal inkremental, solange sich das Geräuschsignal abschwächt. Beispielsweise wird die Amplitude des Kompensationssignals in vorbestimmten zeitlichen Abständen um eine Stufe, z.B. 1 V, erhöht. Wenn dies zu einer Verminderung des Geräuschs führt, wird das Kompensationssignal erneut verstärkt um diese Stufe. Dies setzt man fort, bis keine Verbesserung mehr erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß das System nicht kalibriert werden muß. Das System schwingt selbst ein um sein optimal geräuschdämpfendes Kompensationssignal.It is preferable to enlarge a gain factor for the Compensation signal incremental as long as the noise signal weakens. For example, the amplitude of the compensation signal is predetermined time intervals by one level, e.g. 1 V, increased. If this leads to a reduction in noise, the compensation signal reinforced again at this level. This is continued until there is no improvement. This has the advantage that the System does not need to be calibrated. The system vibrates itself one for its optimal noise damping Compensation signal.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann man zum Festlegen der Verstärkung eine Resonanz erzeugen. Eine derartige Resonanz kann beispielsweise mittels pulsierender elektrischer Energie, die dem Verdichter bzw. seinem An triebsmotor zugeführt wird, angeregt werden. Man erzeugt beispielsweise einen hohen Impuls und einen niedrigen Impuls, die die Frequenz oder die Frequenzen haben, die man gegenkoppeln möchte. Aus der Reaktion kann man dann auf den richtigen Verstärkungsfaktor schließen. Normalerweise wird die Amplitude während einer Puls-Breiten-Modulation des Schalters des Wechselrichters konstant gehalten. Wenn man jedoch die Amplitude eines Impulses im Vergleich zum vorherigen Impuls erhöht oder absenkt, entsteht eine Art Pulsation der zugeführten Energie. Man kann die Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der Modulation ändern, indem man die Amplitude moduliert.Alternatively or in addition can be used to set the gain generate a resonance. Such a resonance can, for example by means of pulsating electrical energy that the compressor or is supplied to its drive motor, be stimulated. For example, one generates a high impulse and a low pulse that have the frequency or frequencies that you want to feed back. From the reaction you can then find the correct amplification factor conclude. Usually becomes the amplitude during pulse-width modulation of the switch of the inverter kept constant. However, if you look at the amplitude of a pulse compared to the previous impulse increased or decreased, one is created Type pulsation of the supplied Energy. You can change the resonance frequency depending on the modulation by one modulates the amplitude.
Auch ist bevorzugt, daß man zur Verstärkung des Kompensationssignals Gegenkopplungen speichert, die auf Arbeitspunkten in der Verdrängermaschine und/oder des Motors beruhen. Bestimmte Betriebsdaten und -zustände sind für die Kombination aus Verdrängermaschine und Motor bekannt. Für diese Betriebszustände kann man beispielsweise in der Fabrik oder in der Anlage, in der der Verdichter betrieben werden soll, Messungen von zusammengehörigen Werten von Strom, Spannung oder elektrischer Leistung und Geräuschen vornehmen. Bei diesen Messungen kann beispielsweise die Motorfrequenz ein Parameter sein. Die Messungen und ihre Ergebnisse werden in einem Speicher gespeichert. Wenn der Motor einen derartigen Betriebspunkt erreicht, kann man auf die gespeicherten Daten zurückgreifen.It is also preferred that one for Reinforcement of Compensation signal stores negative feedback on operating points in the displacement machine and / or the engine. Certain operating data and conditions are for the Combination of displacement machine and engine known. For this operating conditions you can, for example, in the factory or in the plant in which the compressor is to be operated, measurements of related values of current, voltage or electrical power and noise. In these measurements, for example, the motor frequency can be a parameter his. The measurements and their results are stored in a memory saved. When the engine reaches such an operating point, you can access the stored data.
Es ist auch denkbar, daß ein Benutzer eine Verstärkung von außen einstellt. Der Benutzer justiert beispielsweise mit Hilfe eines Potentiometers das Kompensations signal solange, bis es seinen Bedürfnissen entspricht, er also die Geräusche in ausreichendem Maße gedämpft hat. Dies ist besonders günstig in Fällen, in denen der Kompressor mit einer festen Frequenz arbeitet.It is also conceivable that a user a reinforcement from the outside established. For example, the user adjusts using a Potentiometers the compensation signal until it meets its needs corresponds, so he the sounds in sufficient measure muted Has. This is particularly cheap in cases in which the compressor works at a fixed frequency.
Die Aufgabe wird auch durch eine Verdrängermaschine der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Ansteuerschaltung eine Filtereinrichtung, die mit dem Geräuschsensor verbunden ist, einen Verstärker und eine Phasenverschiebungseinrichtung aufweist, die mit einer elektrischen Leistungsversorgungseinrichtung verbunden ist und ein Kompensationssignal dem dem Motor zugeführten Strom und/oder der dem Motor zugeführten Spannung überlagert.The task is also carried out by a displacement solved of the type mentioned at the beginning, in which the control circuit is a filter device that with the sound sensor connected to an amplifier and has a phase shifting device which is connected to a electrical power supply device is connected and a Compensation signal the current supplied to the motor and / or the Motor fed Voltage overlaid.
Wie oben erläutert, läßt sich auf diese Weise eine Geräuscherzeugung unmittelbar im Motor bzw. in den Teilen, die an den Motor angeschlossen sind, erreichen. Diese Geräusche, die sozusagen künstlich erzeugt werden, überlagern sich dann den Geräuschen, die man dämpfen möchte. Die Phasenverschiebungseinrichtung ist nämlich vorgesehen, um eine entsprechende Phasenverschiebung im Signal aus dem Geräuschsensor zu bewirken. Diese Phasenverschiebung macht die Kompensation gegenphasig zum Geräusch, so daß sich die Kompensation und das Geräusch gegenseitig auslöschen. Wie oben erwähnt, bedeutet gegenphasig hierbei nicht exakt eine Phasenverschiebung um 180°. Dadurch kann man Laufzeiteffekte zwischen der Geräuscherzeugung und dem Geräuschsensor erfassen und ausgleichen.As explained above, a noise generation directly in the engine or in the parts connected to the engine are achieve. These noises, the artificial so to speak generated, overlay then the sounds that dampen would like to. The phase shift device is namely provided to provide a corresponding one To cause phase shift in the signal from the noise sensor. This Phase shift makes the compensation out of phase the noise, so that itself the compensation and the noise wipe each other out. As mentioned above, does not exactly mean a phase shift by 180 °. This allows one to see runtime effects between the noise generation and the noise sensor record and balance.
Bevorzugterweise weist die Leistungsversorgungseinrichtung einen Gleichstrom-Zwischenkreis auf und die Pha senverschiebungseinrichtung ist mit einem Schalteingang eines Gleichstromschalters im Gleichstrom-Zwischenkreis verbunden. Der Gleichstromschalter kann durchaus als Halbleiterschalter ausgebildet sein. Wenn man den Gleichstromschalter wiederholt öffnet und schließt, dann kann man eine Welligkeit im Gleichstrom=Zwischenkreis erzeugen, die zu einer entsprechenden Welligkeit im Motorstrom führt. Eine derartige Welligkeit äußert sich dann in Schwingungen des Statorblechpakets. Diese Schwingungen wiederum erzeugen Kompensationsgeräusche, die den zu dämpfenden Geräuschen überlagert werden.The power supply device preferably has a DC intermediate circuit on and the Pha senverschiebungseinrichtung is connected to a switching input of a DC switch in the DC link. The DC switch can be designed as a semiconductor switch. If you open and close the DC switch repeatedly, you can generate a ripple in the DC = DC link, which leads to a corresponding ripple in the motor current. Such a ripple is then expressed in vibrations of the stator core. These vibrations in turn generate compensation noises which are superimposed on the noises to be damped.
Alternativ oder zusätzlich kann die Leistungsversorgungseinrichtung eine Wechselrichteranordnung mit mehreren gesteuerten Wechselrichterschaltern aufweisen und die Phasenverschiebungseinrichtung ist mit den Steuereingängen der Wechselrichterschalter verbunden. Die Wechselrichterschalter sind hier als solche bezeichnet, weil sie im Wechselrichter angeordnet sind. Auch durch eine entsprechende Ansteuerung der Wechselrichterschalter läßt sich ein Modulationssignal auf die zum Antrieb des Motors verwendeten Ströme und Spannungen aufmodulieren, so daß mit Hilfe des Motors Schwingungen erzeugt werden, die die Geräusche dämpfen.Alternatively or additionally the power supply device an inverter arrangement with multiple controlled inverter switches and the Phase shift device is with the control inputs Inverter switch connected. The inverter switches are referred to here as such because they are arranged in the inverter are. Also by controlling the inverter switches accordingly let yourself a modulation signal to those used to drive the motor streams and modulate voltages so that vibrations with the help of the motor generated that dampen the noise.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Phasenverschiebungseinrichtung in einem Mikrocontroller oder einem digitalen Signalprozessor ausgebildet ist. Dies hat Vorteile, weil man dann die Phasenverschiebungseinrichtung durch eine Programmsteuerung realisieren kann. Die Phasenverschiebung läßt sich dann leicht unterschiedlichen Gegebenheiten anpassen. Insbesondere ist eine derartige Ausgestaltung von Vorteil, wenn man eine selbst adaptierende Verstärkung in die Phasenverschiebung integrieren möchte.It is preferred that the phase shift device trained in a microcontroller or a digital signal processor is. This has advantages because you then have the phase shifter can be realized by a program control. The phase shift can then easily adapt to different circumstances. In particular is such a configuration is advantageous if you have a self-adapting reinforcement want to integrate into the phase shift.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:The invention is illustrated below of preferred embodiments described in more detail in connection with the drawing. Show here:
Bei dem Motor
Schließlich ist im Elektronikgehäuse
Das Mikrofon
Aus
Die Steuerelektronik moduliert nun
ein Signal auf den Stromverlauf oder den Spannungsverlauf auf, der über die
Leitung
Der Motor
Das menschliche Ohr ist sehr empfindlich gegenüber Frequenzen
im Bereich um 1 kHz und diese Tatsache macht den Bereich um 1 kHz
besonders interessant. Aufgrund der relativ hohen Frequenz des Geräuschsignals
kann daher das Kompensationssignal gegengekoppelt werden, ohne die
Gründfrequenz
des Motors zu beeinflussen. Hinzu kommt, daß die Trägheit des Rotors des Motors
Ein Geräusch N der Kältemittelverdichter-Einheit
besteht im wesentlichen aus den folgenden Komponenten:
Jede Komponente trägt mit verschiedenen Amplituden
und verschiedenen Frequenzen zum Geräusch bei. Eine Spektralanalyse
des Geräuschsignals
ist in
Die
Gleiche Teile wie in den
Das Mikrofon
Dies erfolgt mit Hilfe des Tiefpaßfilters
Die Phasenverschiebung muß nicht
unbedingt exakt 180° betragen.
Es muß noch
eine zusätzliche
Phasenverschiebung berücksichtigt
werden, die aufgrund des Abstandes zwischen der Geräuschquelle
und dem Mikrofon
Die Modulierung kann analog oder
digital erfolgen. Durch eine analoge Modulierung ergibt sich die
Möglichkeit,
fast alle Geräusch
zu kompensieren.
Das Signal vom Mikrofon
Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers
Mit anderen Worten wird der Motorstrom
reduziert. Der Schalter
In einigen Typen von Motorsteuerungen ist zwischen dem Gleichrichter und dem Wechselrichter ein Leistungsfaktorregler (Power Factor Corrector) eingebaut. Ein solcher PFC ist in der Regel als Aufwärtswandler (Boost Converter) gebaut und beinhaltet in bekannter Weise einen elektronischen Schalter zwischen dem Zwischenkreis Plus und dem Zwischenkreis Minus. Auch dieser Schalter kann dazu benutzt werden, eine Welligkeit im Zwischenkreisstrom bzw. im Motorstrom zu erzeugen, um dadurch eine Geräuschverminderung zu erreichen.In some types of engine controls is a power factor controller between the rectifier and the inverter (Power Factor Corrector) installed. Such a PFC is usually as a step-up converter (Boost Converter) built and includes in a known manner electronic switch between the intermediate circuit plus and the DC link minus. This switch can also be used to to generate a ripple in the intermediate circuit current or in the motor current, thereby reducing noise to reach.
Die in
In einer alternativen Ausgestaltung
nach
Der digitale Signalprozessor
Wenn man sich eine PWM-Frequenz von 10 kHz vorstellt und ein sich daraus ergebendes Geräuschsignal einen größten Energieinhalt um 1 kHz hat, dann wird es möglich sein, während der Dauer einer Periode der Motorgrundfrequenz zehn Korrekturen in der Puls-Breiten-Modulation vorzunehmen, d.h. zehnmal eine Verzögerung oder eine Beschleunigung eines PWM-Pulses, Start oder Stopps zu bewirken.If you look at a PWM frequency of 10 kHz and a resulting noise signal a greatest energy content around 1 kHz, then it becomes possible be while the duration of one period of the basic motor frequency ten corrections in pulse width modulation to make, i.e. a deceleration or acceleration ten times a PWM pulse, start or stop.
Um zusätzliche Korrekturmöglichkeiten zu bekommen, kann es notwendig sein, die PWM-Schaltfrequenz kurzzeitig zu erhöhen.For additional correction options To get the PWM switching frequency briefly to increase.
Während
der Geräuschmodulierung,
die in den beiden obigen Fällen
beschrieben worden ist, ist es wichtig, sicherzustellen, daß der Energieinhalt
der PWM-Impulse, die zum Motor gesendet werden, dem gewünschten
Moment entsprechen. Die Drehgeschwindigkeit des Motors
Um den Verstärkungsfaktor k des Verstärkers
Man kann einen Suchalgorithmus verwenden, der bewirkt, daß die Amplitude des Kompensationssignals nach einer gewissen Zeit um eine Stufe, z.B. 1 V, erhöht wird. Wenn dies zu einer Reduzierung des Geräuschs führt, wird das Kompensationssignal weiter um eine Stufe ver größert und so weiter, bis keine Verbesserung mehr erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß das System nicht kalibriert werden muß. Das System schwingt selbst ein um sein optimales geräuschdämpfendes Kompensationssignal.A search algorithm can be used which causes the amplitude of the compensation signal to be increased by one step, for example 1 V, after a certain time. If this leads to a reduction tion of the noise, the compensation signal is increased by one level and so on until there is no further improvement. This has the advantage that the system does not have to be calibrated. The system itself swings around its optimal noise-damping compensation signal.
Anstelle einer kontinuierlichen Welligkeit im Motorstrom kann man eine Resonanz auch dadurch erzeugen, daß man elektrische Energie, die man dem Kompressor zuführt, pulsieren läßt. Auch dadurch kann eine Resonanz erregt werden. Man erzeugt beispielsweise einen starken Impuls und einen schwachen Impuls, die die Frequenz oder die Frequenzen haben, die man gegenkoppeln möchte. Aus der Reaktion läßt sich dann entnehmen, wo das Optimum zu suchen ist.Instead of a continuous ripple a resonance in the motor current can also be generated by electrical Energy that is supplied to the compressor is made to pulsate. Also this can excite a resonance. One creates, for example a strong impulse and a weak impulse which is the frequency or have the frequencies that you want to feedback. From the Reaction can be then find out where to look for the optimum.
Als weitere Alternative kann man empirisch bestimmte Gegenkopplungen speichern, die auf Arbeitspunkten des Kompressors beruhen. Man kann beispielsweise bereits bei der Herstellung oder vor der Inbetriebnahme des Verdichters Messungen von zusammengehörigen Werten von Strom, Spannung oder elektrischen Leistungen und den Geräuschen vornehmen. Bei diesen Messungen kann beispielsweise die Motorfrequenz ein Parameter sein. Die Messungen oder verdichtete Werte davon, beispielsweise bestimmte zusammengehörige Werte, können in einem Speicher gespeichert werden.As another alternative you can store empirically determined negative feedbacks that are based on operating points of the compressor. You can, for example, already at the Production or measurements before commissioning the compressor of related ones Values of current, voltage or electrical power and the Make noises. In these measurements, for example, the motor frequency can be a parameter his. The measurements or compressed values thereof, for example certain related things Values, can in be stored in a memory.
Schließlich ist es auch möglich, daß ein Benutzer selbst das Kompensationssignal einstellt, beispielsweise, indem er von außen über ein Potentiometer oder eine andere Verstelleinrichtung eine Veränderung bewirkt. Der Benutzer kann dann das Kompensationssignal so einstellen, daß das resultierende Geräusch für ihn ange nehm ist. Dies ist besonders günstig in Fällen, wo der Verdichter mit einer festen Frequenz arbeitet.Finally, it is also possible for a user itself sets the compensation signal, for example, by he from outside via a Potentiometer or another adjustment device a change causes. The user can then set the compensation signal that this resulting noise for him is pleasant. This is particularly beneficial in cases where the compressor is with works at a fixed frequency.
Wie oben beschrieben, kann man den Verdichter aber auch mit Drehzahlen oder Frequenzen arbeiten lassen, die sich verändern. Die Veränderung der Drehzahl basiert dann auf äußeren Parametern, beispielsweise dem Kältebedarf oder der Raumtemperatur. Auch bei einer veränderten Frequenz oder Drehzahl des Verdichters läßt sich dann der beschriebene Algorithmus zur Geräuschminimierung problemlos anwenden.As described above, one can But also let the compressor work with speeds or frequencies, that change. The change in Speed is then based on external parameters, for example the cooling requirement or room temperature. Even with a changed frequency or speed of the compressor then the described algorithm for noise reduction without problems apply.
Dargestellt wurde die Erfindung anhand eines Kältemittelkompressors. Sie ist aber auch beispielsweise bei Pumpen anwendbar, weil die Geräusche einer Pumpe eine höhere Frequenz haben als die Grundfrequenz des Motors.The invention has been illustrated with reference to a refrigerant compressor. But it can also be used, for example, in pumps because the Sounds a higher pump Have frequency than the fundamental frequency of the motor.
Eine Kombination dieses elektronischen Geräuschdämpfungsverfahrens mit einer konstruktiven Änderung des Motors ist auch möglich. Der Motor kann beispielsweise so ausgebildet werden, daß er eine größere Lautsprecherwirkung hat als ein Standardmotor. Eine größere Lautsprecherwirkung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß einige der Statorbleche eine andere Masse oder eine andere Größe haben oder aus einem anderen Metall bestehen. Die Bleche müssen aber nach wie vor so bemessen werden, daß der Betrieb des Motors nicht beeinträchtigt wird.A combination of this electronic Noise reduction process with a constructive change of the engine is also possible. The engine can be designed, for example, so that it is a greater speaker effect has as a standard engine. For example, a larger speaker effect can be achieved by some of the Stator sheets have a different mass or size or made of another metal. The sheets have to still be dimensioned so that the operation of the engine is not affected.
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