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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern
eines Kompressors, und insbesondere auf ein Verfahren, welches verhindert, daß der Kolben
gegen das Ventilsystem anschlägt, das
darin vorgesehen ist, und auch auf ein System zum Überwachen
der Position eines Kompressorkolbens, und auf den Kompressor, der
mit einem System zum Überwachen
der Kolbenposition ausgestattet ist.
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Kompressoren
von der linearen Bauart sind aus dem Stand der Technik bekannt und
bestehen aus einem Mechanismus, in dem der Kolben eine hin- und
hergehende Bewegung ausführt,
wobei in den meisten Fällen
ein elastisches Mittel vorhanden ist, das den Zylinder und den Kolben
miteinander verbindet, wodurch dieser Bewegung eine resonante Charakteristik
mitgeteilt wird, und wobei die Energie mittels eines linearen Verlagerungsantriebs
zugeführt
wird.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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In
einer bekannten Lösung
gemäß der US-A-5,704,771
von Sawafuji Electric ist der Hub des Kolbens in erster Linie proportional
zur Höhe
der Spannung, die an den Linearmotor angelegt wird, bei dem es sich
um den Typ mit feststehendem Magneten und bewegbarer Spule handelt.
In dieser Lösung ist
der Mechanismus auf eine solche Weise aufgebaut, daß das Verhältnis zwischen
der Größe des Hubs
und dem Durchmesser des Kolbens groß ist, so daß die Veränderung
der Endposition, die von dem Kolben während seiner oszillierenden
Bewegung erreicht wird, aufgrund der Veränderungen in der Versorgungsspannung
und in der Belastung, nicht wesentlich mit den Merkmalen der Effizienz
und der Fähigkeit
des Kompressors zu kühlen
in störendes
Zusammenwirken tritt.
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Bei
dieser Lösung
ist der Mechanismus mit einem Abgabeventil versehen, welches auf
eine solche Weise aufgebaut ist, daß dann, wenn der Kolben den
maximalen Hub, der in seiner oszillierenden Bewegung vorgesehen
ist, überschreitet,
bspw. wenn die Spannung, die an den Motor angelegt wird, übermäßig groß ist, der
Kolben mit dem Abgabeventil in Kontakt kommt, wobei dieses eine
gewisse Vorwärtsbewegung
des Kolbens zuläßt und auf
diese Weise einen Stoß gegen
die Ventilkopfplatte verhindert.
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Bei
einer anderen bekannten Lösung
ist der Hub des Kolbens ebenfalls in erster Linie proportional zu
der Spannung, die an den Linearmotor angelegt wird, wobei dieser
von der Bauart mit bewegbarem Magneten und feststehender Spule ist,
wobei auf US-B-4,602,174 von Sunpower, Inc. verwiesen sei.
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Bei
dieser Lösung
weist die Konstruktion des Mechanismus keinen mechanischen Begrenzer
für den
Kolbenhub auf und ist nicht dafür
bemessen, um den übermäßigen Stoß des Kolbens
gegen die Ventilplatte auszuhalten. Aufgrund der Suche nach einer Konstruktion,
die im Hinblick auf den Wirkungsgrad stärker optimiert ist, ist das
Verhältnis
zwischen dem Hub und dem Durchmesser des Kolbens nicht groß, welches
die Leistungsfähigkeit
des Kompressors stärker
von Veränderungen
im Kolbenhub abhängig macht.
Als Beispiel findet der Vorgang der Abgabe des Gases in einem sehr
kleinen Teil des Hubs statt, der etwa 5% des gesamten Hubs beträgt.
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Ein
weiterer Effekt, der bei diesem Typ von Kompressor auftritt, ist
die Verlagerung des mittleren Punkts der oszillierenden Bewegung,
welches die Wirkung hat, daß der
Kolben weg von dem Abgabeventil verlagert wird. Dies liegt an der
elastischen Verformung des resonanten mechanischen Systems, das
durch den Kolben und eine Feder gebildet wird, wenn ein Druckunterschied
zwischen den beiden Seiten des Kolbens vorhanden ist. Diese Verlagerung
des mittleren Punkts der oszillierenden Bewegung ist proportional
zu dem Druckunterschied zwischen Abgabe und Ansaugen.
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Aus
den vorstehend genannten Gründen
besteht bei dieser Lösung
die Notwendigkeit, eine Steuerung zu verwenden, um den Kolbenhub
zu steuern. Die Steuerung steuert die Spannung, die an den Linearmotor
angelegt wird, auf der Grundlage von zurückgeführter Information, die die
Position des Kolbens betrifft, im wesentlichen geschätzt aufgrund
der Information des Stroms, der dem Motor zugeführt wird, und der Spannung,
die in den Anschlüssen
des Motors induziert wird ((US-C-5,342,176,
US 5,496,153 ,
US 5,450,521 und
US 5,592,073 ).
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Ein
weiteres Verfahren, das dazu verwendet wird, um ein Feedback an
diese Spannungssteuerung zu liefern, besteht darin, zu beobachten,
ob der Stoß des
Kolbens gegen die Ventilplatte, der mit Hilfe eines einen Stoß erfassenden
Mikrofons oder eines Beschleunigungsmessers (Lösung D) erfaßt wird, der
einen Befehl zum Reduzieren der Spannung erzeugt, die an den Motor
angelegt wird, und als Folge davon, des Kolbenhubs.
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Nachteile
des Stands der Technik
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Bei
Lösung
(A) wird der Kolbenhub nicht gesteuert, und die Konstruktion kann
Veränderungen
in der Spannung und der Belastung zulassen, ohne daß irgendwelche
Beschädigungen
an dem Mechanismus auftreten, wobei dies allerdings eine Begrenzung
des Wirkungsgrads des Produkts mit sich bringt. Außerdem haben
bei dieser Lösung
die möglichen
Stöße des Kolbens
gegen das Abgabeventil, selbst wenn sie die Zuverlässigkeit
des Produkts nicht beeinträchtigen,
einen Anstieg des Geräuschpegels
zur Folge.
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Bei
Lösung
C wird der Kolbenhub dadurch gesteuert, daß als Bezug die geschätzte Position
des Kolbens genommen wird, die aufgrund der Spannung und des Stroms
an den Anschlüssen
des Motors berechnet wird, wobei allerdings Fehler aufgrund der
konstruktiven Veränderungen
des Motors und Veränderungen
in der Temperatur und der Belastung auftreten, so daß auf diese
Weise eine genauere Steuerung nicht möglich ist, wodurch der Wirkungsgrad
und der Betrieb bei extremen Bedingungen des Kühlvermögens begrenzt wird.
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Ein
weiterer Nachteil dieser Lösung
liegt darin, daß die
Berechnung der Verlagerung des mittleren Punkts der oszillierenden
Bewegung ungenau wird, die von der Grundlage her durch den durchschnittlichen
Unterschied zwischen dem Saugdruck und dem Abgabedruck und durch
die Federkonstante der Feder des resonanten Systems hervorgerufen wird.
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Bei
Lösung
D wird der maximale Kolbenhub dadurch gesteuert, daß die Spannung,
die an den Motor angelegt wird, auf einer Höhe gehalten wird, die knapp
unterhalb davon liegt, was zu einer Kollision fuhrt, und was dadurch
erreicht wird, daß Kollisionen
erfaßt
werden und auf der Basis der erhaltenen Informationen die angelegte
Spannung geringfügig reduziert
wird.
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Die
Nachteile dieser Lösung
sind die Kollisionen als solche, die notwendig sind, um eine Information über die
Nähe des
Kolbens an der Ventilplatte zu liefern, da sie Geräusche und
gewisse mechanische Beschädigungen
verursachen, die die nutzbare Lebensdauer des Produkts verkürzen.
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Ein
weiterer Nachteil ist die relativ langsame Reaktion von dieser Art
Steuerung, die im allgemeinen nicht in der Lage ist, Kollisionen
zu verhindern, und auch Verminderungen in der Leistungsfähigkeit der
Kühlung
während
solcher Zeiten, in denen kräftige
Schwankungen in der Versorgungsspannung vorhanden sind, wie sie
im öffentlichen
Stromnetz üblich sind.
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Diese
Beschränkungen
im Hinblick auf eine genauere Steuerung des Kolbenhubs stellen eine
erhebliche Beschränkung
der Leistungsfähigkeit
für diese
Bauart von Kompressoren dar. Die ideale Lösung würde es dem Kolben ermöglichen,
so nah wie möglich
an die Ventilplatte heranzukommen, ohne daß eine Kollision auftritt.
Die Lösungen,
die aus dem Stand der Technik bekannt sind, ermöglichen eine solche Annäherung nicht,
da es keine Genauigkeit in der Einschätzung der Position des Kolbens
gibt, und da es notwendig ist, einen größeren Sicherheitsabstand einzuhalten,
der den Kompressor dazu veranlaßt,
kein Gas zu pumpen, wenn der Abgabedruck hoch ist, und den maximal
möglichen
Wirkungsgrad aufgrund des Totvolumens reduziert.
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Aufgaben und kurze Beschreibung
der Erfindung
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Die
Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind:
- – den Hub
des Kolbens eines linearen Kompressors zu steuern, wobei der Kolben
die Möglichkeit hat,
so weit wie möglich
zum Ende seines mechanischen Hubs vorzurücken, auch bei extremen Lastbedingungen,
ohne daß der
Kolben die Möglichkeit
hat, mit dem Ventilsystem zu kollidieren;
- – den
Hub des Kolbens eines linearen Kompressors zu steuern, wobei der
Kolben die Möglichkeit hat,
so weit wie möglich
zum Ende seines mechanischen Hubs vorzurücken, auch bei extremen Lastbedingungen,
ohne daß der
Kolben die Möglichkeit
hat, gegen das Ventilsystem anzustoßen, auch bei Vorhandensein
von extremen Störungen aus
dem Stromversorgungsnetz;
- – eine
Steuerung für
den Hub des Kolbens eines linearen Kompressors bereitzustellen,
ohne daß die
Notwendigkeit nach Informationen bezüglich der Verlagerung des mittleren
Punkts der Oszillation des Kolbens besteht;
- – eine
Steuerung über
die Amplitude des Oszillationshubs eines linearen Kompressors bereitzustellen,
mit der eine Steuerung über
die Kühlkapazität möglich ist,
die durch den Kompressor entwickelt wird.
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Diese
Aufgaben werden mittels eines Verfahren zum Steuern eines Kompressors
gelöst,
insbesondere eines linearen Kompressors, der einen Kolben und einen
Linearmotor aufweist, wobei der Kolben sich entlang eines Hubs bewegt
und durch den Motor angetrieben ist, wobei eine durchschnittliche
Spannung an den Motor angelegt wird und die Bewegung des Kolbens
steuert, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es die
folgenden Schritte umfaßt:
Messen einer Bewegungszeit des Kolbens; Vergleichen der gemessenen
Bewegungszeit mit einer vorausgesehenen Bewegungszeit; und Verändern der
Spannung, wenn die gemessene Bewegungszeit unterschiedlich gegenüber der
vorausgesehenen Bewegungszeit ist, wobei die vorausgesehene Bewegungszeit
so ist, daß die
Bewegung des Kolbens einen maximalen Punkt erreichen wird, wobei
der maximale Punkt sehr nahe an dem Ende des Hubs des Kolbens liegt.
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Ein
System zum Überwachen
der Position des Kolbens eines Kompressors ist ebenfalls vorgesehen,
insbesondere im Hinblick darauf, um zu verhindern, daß die Kolben
gegen die Ventilplatte anstößt, die
am Ende des Kolbenhubs angeordnet ist. Diese Aufgabe wird durch
ein System zum Überwachen
der Position eines Kolbens gelöst,
insbesondere eines Kolbens eines linearen Kompressors, wobei sich
der Kolben entlang eines Hubs bewegt und durch einen Motor angetrieben
ist, wobei der Motor durch eine Spannung angetrieben ist, wobei
das System dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine elektronische Schaltung
umfaßt,
die in der Lage ist, die Bewegung des Kolbens ausgehend von dem
Durchgang an einem Bezugpunkt zu überwachen, wobei der Bezugspunkt
an einer Position weiter entfernt von dem Ende des Hubs des Kolbens
als ein maximaler Punkt angeordnet ist, wobei der maximale Punkt
sehr nahe an dem Ende des Hubs des Kolbens angeordnet ist, wobei
die elektronische Schaltung in der Lage ist, eine Permanenzzeit
zu messen, die der Kolben jenseits des Bezugspunkts bleibt, und
die Permanenzzeit mit einer gewünschten
vorhergesehenen Zeit zu vergleichen, wobei die gewünschte vorhergesehene
Zeit kürzer
als oder gleich einer maximalen Hubzeit eines maximalen Hubs ist,
wenn der Kolben den maximalen Punkt erreicht, wobei die elektronische
Schaltung weiterhin in der Lage ist, die Spannung zu verringern,
wenn die Permanenzzeit länger ist
als die gewünschte
vorhergesehene Zeit, und die Spannung zu vergrößern, wenn die Permanenzzeit kürzer ist
als die gewünschte
vorhergesehene Zeit.
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Es
ist ferner ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Kompressor
zu schaffen, der mit einem Überwachungssystem
versehen ist, das verhindert, daß sich der Kolben bis zum Ende
eines mechanischen Hubs vorwärts
bewegt, auch unter extremen Lastbedingungen, ohne daß der Kolben
die Möglichkeit
hat, gegen das Ventilsystem anzustoßen. Diese Aufgabe wird mittels
eines Kompressors gelöst,
insbesondere eines linearen Kompressors, der umfaßt: einen
Kolben, eine Ventilplatte, und einen Linearmotor, wobei der Kolben
sich entlang eines Hubs bewegt und durch den Motor angetrieben ist,
wobei der Kompressor dadurch gekennzeichnet ist, daß er aufweist; eine
elektronische Schaltung, die in der Lage ist, eine Permanenzzeit
zu messen, die der Kolben jenseits eines Bezugspunkts bleibt, und
die Permanenzzeit mit einer gewünschten
vorhergesehenen Zeit zu vergleichen, wobei die gewünschte vorhergesehene
Zeit kürzer
als oder gleich einer maximalen Hubzeit eines maximalen Hubs ist,
wenn der Kolben einen maximalen Punkt erreicht, wobei der maximale
Punkt sehr nahe an der Ventilplatte und näher an der Ventilplatte als
der Bezugspunkt liegt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend mehr im einzelnen unter Bezugnahme
auf eine Ausführungsform
beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt ist. Die Zeichnung
zeigt:
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1 – eine schematische
Ansicht eines linearen Kompressors, bei dem das Verfahren nach der
vorliegenden Erfindung angewendet wird;
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2 – das Verhalten
des Kolbens des Kompressors, der in 1 dargestellt
ist, und das Verhalten der elektrischen Spannung, die an den Motor
angelegt wird, der ihn steuert;
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3 – ein Blockdiagramm
des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung;
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4 – eine zeichnerische
Darstellung, die die Korrelation zwischen der Verlagerung des Kolbens
und der Spannung, die an den linearen Motor angelegt wird, erläutert;
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5 – ein schematisches
Diagramm des Inverters, der den Motor steuert; und
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6 – ein Blockdiagramm,
das zeigt, wie der Sensor mit Hilfe eines Mikrocomputers auf den Inverter
einwirkt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt
einen Kompressor 1 vom linearen Typ, der mit einem Kolben 5 versehen
ist, welcher in einem Block 6 aufgenommen ist, in dem sein
Hub und seine Bewegung festgelegt sind, und der durch einen Linearmotor 2 angetrieben
ist. Der Kolben 5 führt
eine oszillierende Bewegung der resonanten Art durch Wirkung einer
Feder 4 aus, wobei die Steuerung seiner Bewegung mit Hilfe
einer elektronischen Schaltung 40 vorgenommen wird, die
einen Inverter 50 und einen Mikrocontroller 41 aufweist,
wobei der Inverter 50 in der Lage ist, die Amplitude des
Kolbenhubs zu verändern.
Nahe am Ende des Kolbenhubs befindet sich eine Ventilplatte 8, 9,
gegen die der Kolben 5 im Falle einer äußeren Störung anstoßen kann, die eine Veränderung
in der Bewegung des genannten Kolbens 5 zur Folge hat.
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Die
Steuerung und Veränderung
der Amplitude werde mit Hilfe einer Rückführung 31 ausgeführt, die
an einem Bezugspunkt "R" gemessen wird, der
physikalisch innerhalb des Blocks 6 entlang des Hubs des
Kolbens 5 definiert ist, wie in 3 dargestellt
ist. Insbesondere werden bei vorliegenden Erfindung gemäß deren
Aufgabe Informationen in Bezug auf die Permanentszeit "to" (oder Zeit der Bewegung)
des Kolbens 5 über
den Bezugspunkt R hinaus nahe am Ende des maximal möglichen
Hubs "M" (oder des maximalen
Punkts M) für
den Kolben 5, eine Zeitdauer eines kompletten Zyklus "tc" (oder Zykluszeit),
und Informationen in Bezug auf die Zeit "tom" (oder
maximale Hubzeit tom) entsprechend dem maximalen Punkt M für den Kolben 5 verwendet, wie
mit Hilfe der Kurve Pm in 2 erläutert ist,
wobei die durchschnittliche Spannung Vm, die an den Motor angelegt
wird, erhöht
wird, in dem Fall, daß die Permanentzeit „to" kürzer ist
als eine gewünschte
vorausgesehene Zeit "tod" und umgekehrt, wobei
die gewünschte
Verlagerung P aufrechterhalten wird, um eine bestimmte Kühlkapazität des Systems
bereitzustellen, in dem der Kompressor 1 verwendet wird.
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Die
Permanenzzeit "to" des Kolbens 5 ist
der Durchschnitt der letzten Messungen der Permanenzzeiten to(n),
to(n – 1),
..., und die gewünschte
vorausgesehene Zeit tod (oder die vorausgesehene Bewegungszeit)
entspricht der verbleibenden Zeit des Kolbens 5 jenseits
des Bezugspunkts R für
den gewünschten
Hub P, der kürzer
ist als der maximale Punkt M. Dieser gewünschte Hub P wird durch die Anforderung
nach Kühlung
durch das System festgelegt.
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Zusätzlich zu
der Steuerung über
die durchschnittliche Spannung Vm wird man durch die zeitliche Differenz
zwischen der Zeit der Zykluszeit tc (oder der Bewegungszeit) des
Durchgangs des Kolbens an dem Bezugspunkt R und dem Moment tc(geplant),
oder vorausgesehene geplante Zeit, die für diesen Durchgang an dem Bezugspunkt
R erwartet wird und als die durchschnittliche Zeitdauer der vorangegangenen
Zyklen tc(n), tc(n – 1),
..., festgelegt ist, in die Lage versetzt, eine Korrektur dV an
der Spannung V1, die an den Motor angelegt wird, vorzunehmen, die
sich von der gewünschten
Spannung V2 unterscheidet, während
des aktuellen Zyklus, insbesondere während der Periode, in der der
Kolben 5 an dem Bezugspunkt R vorbeigeht und dem erwarteten Moment
des Durchgangs durch den Punkt der maximalen Amplitude P, so daß auf diese
Weise versucht wird, den Weg in diesem Zyklus zu korrigieren, wobei der
Hub P2 sehr nahe an dem gewünschten
Wert P3 gehalten wird und der Kolben 5 daran gehindert
wird, gegen die Ventilplatte 8, 9 anzustoßen, was
auftreten würde,
wenn sich der Weg des Kolbens 5 fortsetzen würde, wie
in der Kurve P1 und P4 dargestellt ist, ausgehend von dem Beginn
der Störung
D in 2.
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Der
maximale Punkt M befindet sich sehr nahe an der Ventilplatte 8, 9 und
liegt in typischer Weise in einem Abstand von einigen Dutzend Mikrometern.
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Der
Bezugspunkt R ist nahe an der Ventilplatte 8, 9 angeordnet,
und befindet sich typischerweise in einem Abstand von 1 bis 2 Millimetern.
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Im
Wege eines Beispiels hat man, wenn ein Kompressor 1 mit
einer Resonanzfrequenz von 50 Hz und einem Hub des Kolbens 5 in
der Größenordnung
von 16 mm betrachtet wird, und wenn der Bezugspunkt R in etwa 2
Millimeter Abstand von der Ventilplatte 8, 9 angeordnet
wird, eine Permanenzzeit to, die von Null bis zu einer maximalen
Hubzeit tom von etwa 3,9 Millisekunden variiert, in Abhängigkeit
von der benötigten
Kühlkapazität. Die vorausgesehene
geplante Zeit tc(geplant) würde
bei 20 Millisekunden (1/50 Hz) liegen, und die Zeit der Zykluszeit tc(n)
würde in
typischer Weise um 5% in Bezug auf die vorausgesehene geplante Zeit
tc(geplant) variieren. Dieser Bereich von 5% ist eine Folge von
Störungen
in dem Versorgungsnetz 35.
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Die
Messung dieser Zeiten wird in typischer Weise durch einen Zeitgeber
ausgeführt,
bei dem es sich physikalisch um einen Timer oder Zeitgeber handeln
kann, der in einem Mikrokontroller 41 vorhanden ist. Bei
der Messung der Permanenzzeit to bspw., wenn das logische Level
von dem Sensor 10, der an dem Bezugspunkt R eingebaut ist,
von 0 auf 1 geht, was anzeigt, daß sich der Kolben 5 in
dem Bereich jenseits des Bezugspunkts R befindet, beginnt man mit
der Messung der Permanenzzeit to, die endet, wenn der Sensor 10 die
Information abgibt, daß der Kolben 5 in
eine Position auf dieser Seite des Bezugspunkts R zurückgekehrt
ist, was durch den Übergang
des logischen Levels von 1 auf 0 gekennzeichnet ist. Auf die gleiche
Weise mißt
ein zweiter Zeitgeber die Zeit, die zwischen dem Moment, in dem
sich der Kolben 5 über
den Bezugspunkt R im aktuellen Zyklus hinaus bewegt hat, und dem
Moment, in dem der Kolben 5 in dem folgenden Zyklus erneut
an diesem Punkt vorbeiläuft,
was zu der Zykluszeit tc(n) führt.
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Die
gewünschte
vorausgesehene Zeit tod sollte entsprechend der benötigten Kühlkapazität festgelegt
werden, und es besteht ein maximal zulässiger Wert für die gewünschte vorausgesehene
Zeit tod, der der maximalen Hubzeit tom entspricht, wenn sich der
Kolben 5 an seinem maximalen Hub befindet. Je länger die
gewünschte
vorausgesehene Zeit tod ist, um so größer ist die Kühlkapazität, und eine entsprechende
Tabelle zwischen der Kühlkapazität und dem
Wert der gewünschten
vorausgesehenen Zeit tod sollte für jedes Modell eines Kompressors festgelegt
werden. Die gewünschte
vorausgesehene Zeit tod kann auch als ein Teil k der maximalen Hubzeit
tom ausgedrückt
werden, als Beispiel tod = k·tom.
Die gewünschte
vorausgesehene Zeit tod verändert
sich entsprechend der Notwendigkeit und bewegt sich zwischen Null
und einem Wert, der gleich der maximalen Hubzeit tom ist, und auf
diese Weise verändert
sich der Teil k zwischen 0 und 1.
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Das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung und auch das System zum Überwachen
des Kolbens 5 versetzt einen in die Lage, bei jedem Zyklus
die Amplitude der Oszillation des Kolbens 5 mit einer wesentlich
höheren
Genauigkeit zu schätzen, was
eine Reaktion der elektronischen Steuerung ermöglicht, um Veränderungen
in der Kühlkapazität zu kompensieren,
bei denen es sich um langsame Veränderungen handelt, wobei die
durchschnittliche Amplitude des Oszillationshubs des Kolbens 5 auf
dem gewünschten
Wert gehalten wird, der gleich P ist, und wobei auch schnelle Reaktionen
der elektronischen Steuerung zum Ausgleichen von schnellen Veränderungen
in den Betriebsbedingungen möglich sind,
die durch Schwankungen in der Versorgungsspannung 35 hervorgerufen
werden, wobei diese Korrekturen bei jedem Schwingungszyklus vorgenommen
werden sollten, so daß die
Amplitude des Hubs des Kolbens 5 an dem abschließenden Abschnitt
seines Wegs korrigiert wird, nachdem er an dem physikalischen Bezugspunkt
R vorbeigegangen ist.
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In
den Fällen
eines plötzlichen
Anstiegs der Spannung wird die Korrektur des Hubs dadurch ausgeführt, daß der Wert
der Spannung V vergrößert oder
verkleinert wird, und als Folge davon die Spannung Vm, die an den
Motor angelegt wird, bei einem Wert dV, der proportional zu dem
Unterschied der Zykluszeit tc(n) und der vorausgesehenen geplanten Zeit
(tc)geplant ist.
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Wenn
sich die Anforderungen an den Kompressor 1 verändern oder
wenn langsame Veränderungen
in dem elektrischen Versorgungsnetz auftreten, wird die durchschnittliche
Spannung Vm, die an den Motor angelegt ist, verändert, wenn die Permanenzzeit
to des Aufenthalts des Kolbens 5 jenseits des Bezugspunkts
R sich von einer gewünschten
vorausgesehenen Zeit tod unterscheidet, wobei die durchschnittliche
Spannung Vm vergrößert wird, wenn
die Permanenzzeit to kürzer
ist als die gewünschte
vorausgesehene Zeit tod, und die durchschnittliche Spannung Vm,
die angelegt ist, verkleinert wird, wenn die Permanenzzeit to länger ist
als die gewünschte
vorausgesehene Zeit tod.
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Wie
man anhand von 5 und 6 erkennt,
erhält
die elektronische Schaltung 40, die den Inverter 50 enthält, und
den Motor 2 mittels des Werts Vm steuert, ein rückgeführtes Signal 31 von
einem Sensor 10, der innerhalb des Kompressors 1 eingebaut
ist, so daß auf
diese Weise die Bewegung des Kolbens 5 gesteuert wird.
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Eine
bevorzugte Weise, um den Wert von Vm zu erhöhen und zu senken, besteht
darin, daß eine
Modulation vom PWM-Typ verwendet wird, bei der durch Steuerung der
Schaltung Q1, Q2, Q3 und Q4 ein variabler und steuerbarer Wert der
Spannung an die Anschlüsse
des Linearmotors 2 angelegt wird, um den Arbeitszyklus
dieser Modulierung zu verändern.
In typischer Weise wird eine Frequenz von etwa 5 kHz für eine solche
PWM-Modulation der Spannung an dem Motor 2 verwendet. Eine
beispielhafte Ausführungsform
von einem Schaltkreis dieses Typs ist in 5 dargestellt.
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Um
die Steuerung des Werts dV auszuführen, wird der PWM-Zyklus verändert, der über wenige Modulationszyklen
abrupt von einem "Arbeitszyklus" von 80% auf bspw.
50% übergehen
kann, während dieser
Veränderung
für einige
wenige Millisekunden, nur um eine Korrektur des Kolbenhubs nach
einer plötzlichen
Störung,
die von dem Versorgungsnetz kommt, zu gewährleisten.
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Die
Steuerung des Inverters 50 wird mit Hilfe des Sensors 10 ausgeführt, der
durch Ansteuern von Zeitgebern, die die Permanenzzeiten to(n) und
die Zykluszeit tc(n) messen, wirkt. Die Berechnungen des durchschnittlichen
Werts der letzten Zyklen und die anderen Berechnungen von Vergleichen
zwischen den gemessenen Zeiten mit den maximalen Hubzeiten tom und
den vorhergesehenen geplanten Zeiten tc(geplant), die darin gespeichert
sind, werden durch den Mikrokontroller 41 ausgeführt. Das
Ergebnis dieser Berechnungen ist der Wert des Zyklus der Anwendung
der Spannung Vm auf den Motor 2, um die erforderliche Kühlkapazität zu erhalten.
Das Ergebnis dieser Berechnungen ist auch die plötzliche und zeitweilige Veränderung
dieses Zyklus der Anwendung der PWM-Spannung, wodurch zeitweilig die
Spannung dV korrigiert wird, um plötzliche Veränderungen in der Spannung zu
kompensieren, wie z.B. Übergangsvorgänge, die
auf das Abschalten eines Motors zurückgehen, der mit einem nahegelegenen
Punkt des elektrischen Netzes 35 verbunden ist.
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Das
Verfahren und das System und als Folge davon der Kompressor 1 weisen
als Vorteile eine schnelle Reaktion und Korrekturen bei jedem Zyklus auf,
ohne daß die
Notwendigkeit nach Schätzungen auf
der Grundlage der Spannung und des Stroms, die an dem Motor 2 anliegen,
besteht, und frei von Fehlern aufgrund von sekundären Veränderungen
wie etwa der Temperatur, der Konstruktion des Motors 2 und
der Verlagerung des mittleren Punkts der Oszillation des Kolbens 5 aufgrund
des mittleren Druckunterschieds zwischen den Seiten des Kolbens 5.
Man ist dadurch auch in der Lage, eine Steuerung zu implementieren,
die in effektiver Weise die Steuerung über den Hub des Kolbens 5 aufrechterhält, unabhängig von
der benötigten
Kühlkapazität, und die
in der Lage ist, eine mechanische Kollision des Kolbens 5 mit
der Ventilplatte 8, 9 zu verhindern, auch bei
Auftreten von schnellen Störungen,
die durch die normale Schwankung der Spannung in dem kommerziellen Netz
der elektrischen Energie 35 hervorgerufen werden.
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Wie
im Wege eines Beispiels in 4 dargestellt
ist, ist eine Spannung V1, die geringer ist als eine Spannung V2,
notwendig, um die gleiche Amplitude des Kolbens 5 zu erzielen,
wenn eine Belastung C2 größer ist
als C1.
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Die
Erfassung des Durchgangs des Kolbens 5 an dem physikalischen
Bezugspunkt R kann mit Hilfe eines physikalischen Sensors 10 ausgeführt werden,
der innerhalb des Kompressors 1 eingebaut ist, wobei dieser
vom Kontakttyp, optischen Typ, induktiven Typ oder von einem äquivalenten
Typ sein kann. Diese Erfassung kann auch dadurch ausgeführt werden,
daß eine
magnetische Störung
hinzugefügt
wird, die der Spannung hinzugefügt
wird, die an den Anschlüssen
des Motors 2 anliegt, wobei diese Störung bspw. durch ein konstruktives
Detail des magnetischen Kreises des Motors erzeugt werden kann.
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Nachdem
eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben
worden ist, sollte verständlich
sein, daß der
Bereich der vorliegenden Erfindung andere mögliche Varianten umfaßt, und
lediglich durch den Inhalt der beigefügten Ansprüche begrenzt ist, die die möglichen Äquivalente
umfassen.