DE10302037A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Betriebssteuerung eines Verdichters - Google Patents

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Abstract

Bei einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Betriebssteuerung eines Verdichters ist durch Beseitigen einer Abweichung, die durch Widerstand und Induktivität erzeugt wird, und Beseitigen eines Fehlers in einem Hubschätzwert eines Verdichters ein Betrieb des Verdichters genau steuerbar. Die Vorrichtung enthält einen Detektor für gegenelektromotorische Kraft zum Ermitteln einer gegenelektromotorischen Kraft, die an einem Motor eines Verdichters erzeugt ist; einen Hubberechner zum Berechnen eines Hubschätzwerts des Verdichters auf der Grundlage der gegenelektromotorischen Kraft und eine Hubsteuerung zum Steuern eines Hubs des Verdichters durch Ändern einer Spannung, die an den Motor angelegt ist, auf der Grundlage des berechneten Hubschätzwerts und eines Hubbezugswerts.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Betriebssteuerung eines Kolbenverdichters durch Schätzen eines Hubs des Kolbenverdichters.
  • 2. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das einen Bau einer Betriebssteuerungsvorrichtung eines Kolbenverdichters gemäß der herkömmlichen Technik zeigt.
  • Wie in 1 gezeigt, enthält die Betriebssteuerungsvorrichtung des Kolbenverdichters einen Stromdetektor 4 zum Ermitteln von Strom, der an einen Motor (nicht gezeigt) eines Kolbenverdichters 6 angelegt ist; einen Spannungsdetektor 3 zum Ermitteln einer Spannung, an den Motor angelegt ist; einen Hubberechner 5 zum Berechnen eines Hubschätzwerts des Verdichters 6 auf der Grundlage von berechnetem Strom, Spannung und Parametern des Motors; einen Vergleicher 1 zum Vergleichen des berechneten Hubschätzwerts mit einem voreingestellten Hubbezugswert und Ausgeben eines Differenzwerts gemäß dem Vergleichsergebnis; und eine Hubsteuerung 2 zum Steuern eines Hubs des Verdichters 6 durch Ändern einer Spannung, die an den Motor angelegt ist, gemäß dem Differenzwert. Im folgenden wird der Betrieb der Betriebssteuerungsvorrichtung des Kolbenverdichters beschrieben.
  • Zunächst ermittelt der Stromdetektor 4 einen Strom, der an den Motor des Verdichters 6 angelegt ist, und gibt den ermittelten Strom an den Hubberechner 5 aus. Dabei ermittelt der Spannungsdetektor 3 eine Spannung, die an den Motor angelegt ist, und gibt die ermittelte Spannung an den Hubberechner 5 aus.
  • Der Hubberechner 5 berechnet einen Hubschätzwert des Verdichters mit Gleichung 1 durch Einsetzen des ermittelten Stromwerts, des ermittelten Spannungswerts und der Parameter des Motors und führt dem Vergleicher 1 den berechneten Hubschätzwert zu.
  • Figure 00020001
  • Dabei ist R Widerstand, L Induktivität, α eine Motorkonstante, Vm eine Spannung, die an den Motor angelegt ist, i ein Strom, der an den Motor angelegt ist, und i eine Zeitvariationsrate des Stroms, der an den Motor angelegt ist. Genauer gesagt ist i ein Differentialwert (di/dt) von i.
  • Danach vergleicht der Vergleicher 1 den Hubschätzwert mit dem Hubbezugswert und führt der Hubsteuerung 2 einen Differenzwert gemäß dem Vergleichsergebnis zu.
  • Die Hubsteuerung 2 steuert einen Hub durch Ändern der Spannung, die an den Motor des Verdichters 6 angelegt ist, auf der Grundlage des Differenzwerts. Dies wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die beiliegende 2 beschrieben.
  • 2 ist ein Flußdiagramm, das ein Betriebssteuerungsverfahren des Kolbenverdichters gemäß der herkömmlichen Technik zeigt.
  • Zunächst vergleicht der Vergleicher 1, wenn dem Vergleicher 1 ein Hubschätzwert vom Hubberechner 5 zugeführt wird, wie in Schritt SP1 gezeigt, den Hubschätzwert mit einem Hubbezugswert und gibt einen Differenzwert gemäß dem Vergleichsergebnis an die Hubsteuerung 2 aus, wie in Schritt SP2 aus.
  • Wenn der Hubschätzwert geringer als der Hubbezugswert ist, erhöht die Hubsteuerung 2 eine Spannung, die an den Motor angelegt ist, um einen Hub des Verdichters 6 zu steuern, wie in Schritt SP3 gezeigt, wenn der Hubschätzwert größer als der Hubbezugswert ist, verringert die Hubsteuerung 2 eine Spannung, die an den Motor angelegt ist, wie in Schritt SP4 gezeigt.
  • Wie oben beschrieben, wird bei der Vorrichtung und dem Verfahren zur Betriebssteuerung des Kolbenverdichters gemäß der herkömmlichen Technik ein Hubschätzwert durch Verwenden von Parametern (Motorkonstante, Widerstand, Induktivität) berechnet und ein Hub des Verdichters auf der Grundlage des berechneten Hubschätzwerts gesteuert. Dementsprechend wird ein Fehler im errechneten Hubschätzwert aufgrund einer Abweichung der Parameter des Motors (insbesondere Widerstand und Induktivität) und Nichtlinearität vergrößert.
  • Zudem ist es bei der Vorrichtung und dem Verfahren zur Betriebssteuerung des Kolbenverdichters gemäß der herkömmlichen Technik unmöglich, einen Betrieb des Verdichters genau und präzise zu steuern, da ein Fehler im Hubschätzwert groß ist.
  • Um das obengenannte Problem zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Betriebssteuerung eines Kolbenverdichters bereitzustellen, die in der Lage sind, einen Betrieb eines Verdichters durch Verringern eines Fehlers in einem Hubschätzwert des Verdichters durch Beseitigen einer Abweichung, die durch Widerstand und Induktivität verursacht ist, genau und präzise zu steuern.
  • Zur Lösung der obengenannten Aufgabe enthält eine Vorrichtung zur Betriebssteuerung eines Verdichters gemäß der vorliegenden Erfindung einen Detektor für gegenelektromotorische Kraft zum Ermitteln einer gegenelektromotorischen Kraft, die an einem Motor eines Verdichters erzeugt wird; einen Hubberechner zum Berechnen eines Hubschätzwerts des Verdichters auf der Grundlage der gegenelektromotorischen Kraft; und eine Hubsteuerung zum Steuern eines Hubs des Verdichters durch Ändern einer Spannung, die an den Motor angelegt ist, auf der Grundlage des Hubschätzwerts und des Hubbezugswerts.
  • Zur Lösung der obengenannten Aufgabe beinhaltet ein Verfahren zur Betriebssteuerung eines Verdichters gemäß der vorliegenden Erfindung das Abschalten von Strom, der an den Motor eines Verdichters angelegt ist, für einen bestimmten Zeitraum; das Ermitteln einer gegenelektromotorischen Kraft des Motors für einen bestimmten Abschaltzeitraum; das Berechnen eines Hubschätzwerts des Verdichters auf der Grundlage der ermittelten gegenelektromotorischen Kraft; und das Steuern eines Hubs des Verdichters durch Ändern einer Spannung, die an den Motor angelegt ist, auf der Grundlage des Hubschätzwerts und des Hubbezugswerts.
    •
  • Die beigefügten Zeichnungen, die enthalten sind, um ein weiteres Verstehen der Erfindung bereitzustellen, und die in der Beschreibung enthalten sind und ein Bestandteil von ihr bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der Erfindung zu erklären.
  • 1 ist Blockdiagramm, das einen Bau einer Betriebssteuerungsvorrichtung eines Kolbenverdichters gemäß der herkömmlichen Technik zeigt;
  • 2 ist ein Flußdiagramm, das ein Betriebssteuerungsverfahren des Kolbenverdichters gemäß der herkömmlichen Technik zeigt;
  • 3 ist Blockdiagramm, das einen Bau einer Betriebssteuerungsvorrichtung eines Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 ist ein Flußdiagramm, das ein Betriebssteuerungsverfahren des Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 ist ein Wellendiagramm, das einen Zeitpunkt zeigt, an dem eine gegenelektromotorische Kraft eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung ermittelt wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Im folgenden wird die bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Betriebssteuerung eines Verdichters gemäß der vorliegenden Erfindung, die in der Lage sind, eine Abweichung aufgrund von Widerstand und Induktivität durch Ermitteln einer gegenelektromotorischen Kraft, die an einem Motor eines Verdichters erzeugt wird, Berechnen eines Hubschätzwerts des Verdichters auf der Grundlage der ermittelten gegenelektromotorischen Kraft und Ändern der Spannung, die an den Motor angelegt ist, auf der Grundlage des berechneten Hubschätzwerts und eines Hubbezugswerts zu beseitigen, und einen Betrieb des Verdichters durch Verringern eines Fehlers im Hubschätzwert des Verdichters genau und präzise zu steuern, detailliert beschrieben.
  • 3 ist Blockdiagramm, das einen Bau einer Betriebssteuerungsvorrichtung eines Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie in 3 gezeigt, enthält die Betriebssteuerungsvorrichtung des Kolbenverdichters einen Detektor für gegenelektromotorische Kraft 10 zum zeitweiligen Abschalten von Strom, der an den (nicht gezeigt) eines Verdichters 50 angelegt ist, für einen bestimmten Zeitraum und Ermitteln einer gegenelektromotorischen Kraft des Motors für den bestimmten Abschaltzeitraum; einen Hubberechner 20 zum Berechnen eines Hubschätzwerts des Verdichters 50 auf der Grundlage der gegenelektromotorischen Kraft, die vom Detektor für gegenelektromotorische Kraft 10 ermittelt ist; einen Vergleicher 30 zum Vergleichen des berechneten Hubschätzwerts mit einem Hubbezugswert und Ausgeben eines Signals, das einem Differenzwert gemäß dem Vergleichsergebnis entspricht; und eine Hubsteuerung 40 zum Steuern eines Hubs des Verdichters 50 durch Ändern einer Spannung, die an den Motor angelegt ist, um einen Hub des Verdichters 50 auf der Grundlage des Signals, das von dem Vergleicher 30 ausgegeben wurde, zu ändern. Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beiliegende 4 der Betrieb der Betriebssteuerungsvorrichtung des Kolbenverdichters beschrieben.
  • 4 ist ein Flußdiagramm, das ein Betriebssteuerungsverfahren des Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wenn an den Motor des Verdichters 50 Strom angelegt ist, wie in Schritt SP41 gezeigt, beurteilt der Detektor für gegenelektromotorische Kraft 10 zunächst, ob eine voreingestellte Stromabschaltzeit vergangen (abgelaufen) ist, wie in Schritt SP42 gezeigt.
  • Wenn die voreingestellte Stromabschaltzeit vergangen ist, schaltet der Detektor für gegenelektromotorische Kraft 10 zeitweilig den Strom, der zum Motor fließt, für einen bestimmten Zeitraum (z.B. einen Zeitraum) ab, wie in Schritt SP43 gezeigt, ermittelt eine gegenelektromotorische Kraft des Motors für den bestimmten Zeitraum, in dem der Strom abgeschaltet ist, wie in Schritt SP44 gezeigt, und gibt den ermittelten gegenelektromotorischen Kraftwert an den Hubberechner 20 aus. Genauer gesagt, um die gegenelektromotorische Kraft zu ermitteln, schaltet der Detektor für gegenelektromotorische Kraft 10 Strom, der zum Motor fließt, ab und ermittelt eine Spannung (gegenelektromotorische Kraft) des Motors an einem Zeitpunkt, an dem der Strom abgeschaltet ist.
  • Dabei ist der ermittelte gegenelektromotorische Kraftwert gleich einem Wert, der durch folgende Gleichung 2 berechnet wird.
  • Gegenelektromotorische Kraft = αx ------- Gleichung 2.
  • Dabei ist α eine Motorkonstante und x eine Kolbengeschwindigkeit des Verdichters.
  • Danach wendet der Hubberechner 20 den ermittelten gegenelektromotorischen Kraftwert auf folgende Gleichung 3 an und berechnet einen Hubschätzwert (X) und führt den berechneten Hubschätzwert (X) dem Vergleicher 30 zu, wie in Schritt SP45 gezeigt.
  • Figure 00080001
  • Der Vergleicher 30 vergleicht den Hubschätzwert (X) mit dem Hubbezugswert und führt der Hubsteuerung 40 einen Differenzwert gemäß dem Vergleichsergebnis zu, wie in Schritt SP46 gezeigt. Hierbei steuert die Hubsteuerung 40 einen Hub des Verdichters 50 durch Ändern einer Spannung, die an den Motor des Verdichters 50 angelegt ist, auf der Grundlage des Differenzwerts.
  • Wenn der Hubschätzwert geringer als der Hubbezugswert ist, erhöht die Hubsteuerung 40 eine Spannung, die an den Motor angelegt ist, um einen Hub des Verdichters 50 zu steuern, wie in Schritt SP47 gezeigt, wenn der Hubschätzwert größer als der Hubbezugswert ist, verringert die Hubsteuerung 40 eine Spannung, die an den Motor angelegt ist, wie in Schritt SP48 gezeigt. Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beiliegende 5 ein Verfahren zum Ermitteln einer gegenelektromotorischen Kraft des Motors und ein Verfahren zum genauen Berechnen eines Hubschätzwerts des Verdichters auf der Grundlage des ermittelten gegenelektromotorischen Kraftwerts beschrieben.
  • 5 ist ein Wellendiagramm, das einen Zeitpunkt zeigt, an dem eine gegenelektromotorische Kraft eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung ermittelt wird.
  • Wie in 5 gezeigt, wird, während an den Motor des Verdichters 50 Strom angelegt ist, um die gegenelektromotorische Kraft zu ermitteln, Strom, der an den Motor angelegt ist, für einen Zeitraum (Zeiträume) von nicht weniger als einem Zeitraum abgeschaltet. Dabei wird für den Stromabschaltzeitraum eine Spannung des Motors ermittelt. Dabei ist eine Spannung, die zu einem Zeitpunkt, an dem der Strom abgeschaltet ist, ermittelt wird, eine gegenelektromotorische Kraft.
  • Danach wird durch Einsetzen des ermittelten gegenelektromotorischen Kraftwerts in Gleichung 3 ein Hubschätzwert berechnet, der Hubschätzwert wird mit einem Hubbezugswert verglichen, gemäß dem Vergleichsergebnis wird eine Spannung, die an den Motor angelegt ist, geändert, und dementsprechend ist es möglich, einen Hub des Verdichters 50 präzise zu steuern. Genauer gesagt wird, wenn der Hubschätzwert größer als der Hubbezugswert ist, eine Spannung, die an den Motor angelegt ist, verringert, wenn der Hubschätzwert geringer als der Hubbezugswert ist, wird eine Spannung, die an den Motor angelegt ist, vergrößert. Genauer gesagt wird durch Abschalten des Stroms, der zum Motor des Verdichters 50 fließt, für einen bestimmten Zeitraum ein Hub des Verdichters durch Ermitteln des gegenelektromotorischen Kraft für den Stromabschaltzeitraum genau ermittelt, und dementsprechend ist eine Abweichung eines Hubschätzwerts des Verdichters erheblich verringerbar. Genauer gesagt ist es möglich, da keine Induktivitäts- und Widerstandsabweichung unter den Motorparametern berücksichtigt werden muß, eine Abweichung eines Hubschätzwerts des Verdichters 50 zu verringern.
  • Z.B., wenn Strom, der an den Motor des Verdichters 50 angelegt ist, gleich 0 ist (Strom = 0), ist ein Spannungswert (VM) gleich dem ermittelten gegenelektromotorischen Kraftwert, wenn Strom, der an den Motor des Verdichters 50 angelegt ist, nicht gleich 0 ist (Strom ≠ 0), wird ein Spannungswert (VM) durch Gleichung als ax+ Ri+ Li berechnet. Dementsprechend wird, um eine Abweichung zu beseitigen, die durch Widerstand (R) und Induktivität (L) verursacht ist, Strom, der an den Motor angelegt ist, zeitweilig abgeschaltet, ein gegenelektromotorischer Kraftwert (Spannung) des Motors an einem Zeitpunkt, an dem der Strom abgeschaltet ist, ermittelt, der ermittelte gegenelektromotorische Kraftwert in Gleichung 3 eingesetzt, und dementsprechend ist ein Hubschätzwert ungeachtet einer Abweichung aufgrund des Widerstands (R) und der Induktivität (L) genau berechenbar.
  • Wie oben beschrieben, ist bei der vorliegenden Erfindung durch Abschalten von Strom, der zum Motor des Verdichters fließt, für einen bestimmten Zeitraum, Ermitteln einer gegenelektromotorischen Kraft für den Stromabschaltzeitraum und genaues Schätzen eines Hubs eines Verdichters auf der Grundlage des ermittelten gegenelektromotorischen Kraftwerts eine Schätzungsabweichung eines Hubs des Verdichters verringerbar.
  • Zudem ist durch Beseitigen einer Widerstands- und Induktivitätsabweichung unter den Parametern des Motors und genaues Schätzen eines Hubs des Verdichters auf der Grundlage eines ermittelten gegenelektromotorischen Kraftwerts eine Schätzungsabweichung eines Hubs des Verdichters verringerbar, und dementsprechend ist es möglich, einen Betrieb des Verdichters präzise zu steuern.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Betriebssteuerung eines Verdichters, umfassend: einen Detektor für gegenelektromotorische Kraft zum Ermitteln einer gegenelektromotorischen Kraft, die an einem Motor eines Verdichters erzeugt wird; einen Hubberechner zum Berechnen eines Hubschätzwerts des Verdichters auf der Grundlage der gegenelektromotorischen Kraft; und eine Hubsteuerung zum Steuern eines Hubs des Verdichters durch Ändern einer Spannung, die an den Motor angelegt ist, auf der Grundlage des berechneten Hubschätzwerts und eines Hubbezugswerts.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Detektor für gegenelektromotorische Kraft Strom, der an den Motor angelegt ist, für einen bestimmten Zeitraum abschaltet, während an den Motor des Verdichters Strom angelegt ist, und die gegenelektromotorische Kraft des Motors im Stromabschaltzeitraum ermittelt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hubsteuerung die Spannung, die an den Motor angelegt ist, erhöht, wenn der Hubschätzwert geringer als der Hubbezugswert ist, und die Hubsteuerung die Spannung, die an den Motor angelegt ist, verringert, wenn der Hubschätzwert größer als der Hubbezugswert ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Detektor für gegenelektromotorische Kraft Strom, der zum Motor fließt, für einen Zeitraum oder Zeiträume, die nicht weniger als ein Zeitraum sind, abschaltet und die gegenelektromotorische Kraft ermittelt, die am Motor für den Stromabschaltzeitraum erzeugt wird.
  5. Verfahren zur Betriebssteuerung eines Verdichters, umfassend: Abschalten von Strom, der an den Motor eines Verdichters angelegt ist, für einen bestimmten Zeitraum; Ermitteln einer gegenelektromotorischen Kraft des Motors für einen bestimmten Stromabschaltzeitraum; Berechnen eines Hubschätzwerts des Verdichters auf der Grundlage der ermittelten gegenelektromotorischen Kraft; und Steuern eines Hubs des Verdichters durch Ändern einer Spannung, die an den Motor angelegt ist, auf der Grundlage des berechneten Hubschätzwerts und eines Hubbezugswerts.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Hubschätzwert durch die Gleichung
    Figure 00130001
    berechnet wird, wobei α eine Motorkonstante, x eine Kolbengeschwindigkeit des Verdichters und αx der ermittelte gegenelektromotorische Kraftwert ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Ermittelns einer gegenelektromotorischen Kraft dem Abschalten von Strom, der zum Motor fließt, für einen Zeitraum oder Zeiträume, die länger als ein Zeitraum sind, und Ermitteln einer Spannung, die am Motor für den (die) Stromabschaltzeitraum (Stromabschaltzeiträume) erzeugt wird, dient.
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