DE69738606T2 - Verfahren und Geräte zum Feststellen des Pumpens in Schleuderverdichtern - Google Patents

Verfahren und Geräte zum Feststellen des Pumpens in Schleuderverdichtern Download PDF

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Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Vorrichtungen zum Feststellen des Pumpens und insbesondere Verfahren und Geräte zum Feststellen des Pumpens in einem Verdichter eines Systems mit Verdichterantrieb, wie etwa ein Kühlsystem.
  • 2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Wie allgemein bekannt, ist das Pumpen ein unstabiler Zustand, der auftreten kann, wenn Verdichter, wie etwa Schleuderverdichter, mit schwachen Lasten und hohen Druckverhältnissen betrieben werden. Es handelt sich um einen Ausgleichvorgang, der durch hohe Frequenzschwankungen in Drücken und Strömung und gegebenenfalls durch das Auftreten einer vollständigen Strömungsumkehrung durch den Verdichter gekennzeichnet ist. Bleibt es ungesteuert, so verursacht ein derartiges Pumpen zu starke Vibrationen sowohl in drehenden als auch in feststehenden Bestandteilen des Verdichters und kann zu dauerhaften Schäden am Verdichter führen. Insbesondere besteht unter Pumpbedingungen eine vorübergehende Reduzierung von Strömung und Druck, der sich durch den Verdichter aufgebaut wird. Ferner besteht eine Reduzierung des Nettodrehmoments und der mechanischen Leistung an der Verdichterantriebswelle. Ist die Antriebsvorrichtung ein Elektromotor, so werden diese Schwankungen von Drehmoment und Leistung Schwankungen im Motorstrom und einen zu hohen Stromverbrauch verursachen.
  • Obwohl eine Reihe von Vorrichtungen und Systemen zum Feststellen des Pumpens verwendet wurden, besteht Bedarf für eine verbesserte Anordnung zum Feststellen des Pumpens, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, zur Verwendung bei Kühlsystemen mit einem Schleuderverdichter, der von einem Elektromotor angetrieben wird.
  • Die US-A 4,581,900 offenbart ein Gerät zum Feststellen des Pumpens zur Verwendung bei einem Kühlsystem mit einem Schleuderverdichter, der von einem Elektromotor angetrieben wird. Das Gerät umfasst einen ersten Drucksensor, um einen Kondensatordruck abzufühlen, und einen zweiten Drucksensor, um einen Verdampferdruck abzufühlen. Ein erstes digitales Bandpassfilter, das auf den Kondensatordruck und den Verdampferdruck reagiert, wird bereitgestellt, um ein erstes Signal zu erzeugen, das die Änderungsrate des über den Verdichter aufgebauten Drucks darstellt. Ein Stromwandler wird verwendet, um einen Strom im Elektromotor, der den Verdichter antreibt, abzufühlen. Ein zweites digitales Bandpassfilter, das auf den Motorstrom reagiert, wird bereitgestellt, um ein zweites Signal zu erzeugen, das die Änderungsrate des Effektivstroms darstellt, der von dem Verdichterantriebsmotor abgenommen wird. Ein drittes Signal, das einen Differenzdruck-Schwellenwert darstellt, und ein viertes Signal, das einen ersten Motorstrom-Schwellenwert und einen zweiten Motorstrom-Schwellenwert darstellt, werden bereitgestellt. Eine Rechenvorrichtung, die auf die ersten bis vierten Signale reagiert, gibt an, wann ein tatsächliches Pumpen im Verdichter auftritt.
  • Die US-A-4,608,833 offenbart ein selbst optimierendes Kapazitätssteuersystem für ein Kühlsystem, das einen Verdichter, einen Kondensator und einen Verdampfer umfasst, die alle in einem geschlossenen Kühlkreislauf angeschlossen sind. Der Verdichter umfasst eine Vielzahl von verstellbaren Einlassleitschaufeln, einen Motor, der angeschlossen ist, um die Position der Einlassleitschaufeln zu regulieren, und einen elektrischen Drehzahlmotor, der angeschlossen ist, um den Verdichter anzutreiben. Das selbst optimierende Kapazitätssteuersystem umfasst einen Mikroprozessor, der auf fortwährende Messungen eines Druckminder ventilsignals, eines Verdichterdruckhöhensignals, eines Motorstromsignals und eines Motordrehzahlsignals reagiert, um sowohl die Verdichterdrehzahl als auch die Position der Einlassleitschaufeln zu bestimmen, um einen aktuellen Arbeitspunkt in einem Anfangspumpflächen-Variablenfeld zu definieren, das in einem Arbeitsspeicher abgelegt ist. Der Mikroprozessor startet einen "Lernmodus", in dem die Verdichtermotordrehzahl fortwährend inkrementell verringert und das Druckminderventil auf eine weiter offene Position verschoben wird, bis ein Arbeitspunkt gefunden ist, an dem der Verdichter pumpt. Der Mikroprozessor aktualisiert das Anfangspumpflächen-Variablenfeld, das im Arbeitsspeicher abgelegt ist, mit den neuesten Pumpbedingungen. Dann startet der Mikroprozessor einen "Arbeitsmodus", in dem das Druckminderventil auf eine Position verschoben wird, die auf ein Temperaturfehlersignal reagiert, das mit dem Unterschied zwischen der gekühlten Wassertemperatur und dem Temperatursollwert zusammenhängt, und die Verdichterdrehzahl wird um einen Sicherheitsabstand von der Pumpdrehzahl entfernt eingestellt. Diese Druckschrift offenbart, dass die Vorrichtung zum Feststellen des Pumpens dieselbe sein kann wie das Gerät zum Feststellen des Pumpens aus der US-A-4,581,900 .
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Nach einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Feststellen des Pumpens zur Verwendung in einem Kühlsystem mit einem Verdichter bereitgestellt, wobei der Verdichter durch einen Elektromotor angetrieben wird und der Elektromotor durch einen Spannungsquellen-Regelantrieb angetrieben wird, wobei das System zum Feststellen des Pumpens folgendes umfasst:
    • – Mittel zum Abfühlen eines Differenzdrucks, der über den Verdichter aufgebaut wird, wobei die Mittel zum Abfühlen eines Differenzdrucks Mittel zum Abfühlen eines Drucks, der den Saugdruck des Verdichters darstellt, und Mittel zum Abfühlen eines Drucks, der den Verdichtungsdruck des Verdichters darstellt, umfassen; dadurch gekennzeichnet, dass das System zum Feststellen des Pumpens ferner folgendes umfasst:
    • – Rechenmittel, die auf den abgefühlten Differenzdruck reagieren, um anzugeben, wann ein tatsächliches Pumpen in dem Verdichter auftritt, wobei die Rechenmittel den Unterschied zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Saugdruck berechnen, um einen Differenzdruck zu erhalten, den Differenzdruck gegenüber einem ersten Differenzdruck-Schwellenwert und einem zweiten Differenzdruck-Schwellenwert vergleichen und angeben, dass ein tatsächliches Pumpen in dem Verdichter auftritt, wenn die ersten und zweiten Differenzdruck-Schwellenwerte beide jeweils innerhalb eines ersten vorherbestimmten Zeitraums und eines zweiten vorherbestimmten Zeitraums überschritten werden.
  • Nach einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Feststellen des Pumpens in einem Kühlsystem mit einem Verdichter, der von einem Elektromotor angetrieben wird, bereitgestellt, wobei der Elektromotor von einem Spannungsquellen-Regelantrieb angetrieben wird, wobei das Verfahren folgenden Schritt umfasst:
    • – Abfühlen oder Berechnen eines Differenzdrucks, der durch den Verdichter hindurch aufgebaut wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgende Schritte umfasst:
    • – Vergleichen des Differenzdrucks mit ersten und zweiten Differenzdruck-Schwellenwerten; und
    • – Angeben dass ein tatsächliches Pumpen in dem Verdichter auftritt, wenn die ersten und zweiten Differenzdruck-Schwellenwerte beide jeweils innerhalb erster und zweiter vorherbestimmter Zeiträume überschritten werden.
  • Ausführungsformen von Geräten und Verfahren zum Feststellen des Pumpens gemäß der vorliegenden Erfindung sollen nun nur beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. Das aktuelle, in 3 abgebildete Sensorgerät und die Betriebsverfahren, die zusammen mit dem Gerät aus 3 beschrieben werden, sind nicht gemäß der beanspruchten Erfindung, es sei denn, sie werden zusammen mit einem Drucksensorgerät verwendet von der Art, die in 1 abgebildet ist und/oder in den unabhängigen Ansprüchen beansprucht wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild des Geräts zum Feststellen des Pumpens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Kühlsystem mit einem Schleuderverdichter, der von einem Elektromotor angetrieben wird, der von einem Spannungsquellen-Regelantrieb versorgt wird.
  • 2 ein ausführlicheres Blockschaltbild, das die lernfähige Kapazitätssteuerplatine und die Druckeingänge aus 2 abbildet.
  • 3 ein ausführlicheres Blockschaltbild, das die lernfähige Kapazitätssteuerplatine, den Spannungsquellen-Regelantrieb und den Regelantrieb-Stromeingang abbildet, die zur Verwendung zusammen mit dem Gerät aus 1 geeignet sind.
  • 4 und 5 graphische Abbildungen, die zum Verständnis der Grundlagen des Betriebs des Geräts aus 1 bis 3 nützlich sind.
  • 6(a) bis (d) ausführlichere Diagramme, welche in Form eines Flussdiagramms die Vorgänge abbilden, die von dem Mikroprozessor der lernfähigen Kapazitätssteuerplatine für die Druckeingänge aus 2 und für den Stromeingang aus 3 ausgeführt werden.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Es wird nun ausführlich auf die derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen abgebildet sind. Soweit möglich werden die gleichen Bezugszahlen in allen Zeichnungen verwendet, um sich auf gleiche oder ähnliche Teile zu beziehen.
  • Es versteht sich von vorne herein ausdrücklich, dass die vorliegende Erfindung für ein Kühlsystem und die Steuerung eines derartigen Systems entwickelt wurde. Obwohl jedoch die Verbindung der vorliegenden Erfindung mit einem Kühlsystem ihre derzeit bevorzugte Anwendung darstellt, ist diese Offenbarung nicht dazu gedacht, als Einschränkung für den breiteren Umfang bzw. die Lehren der Erfindung zu dienen. Die vorliegende Erfindung findet wahrscheinlich Anwendungen auf anderen Gebieten und bei anderen Geräten, da die Erfindung ein Verfahren und ein Gerät zum Feststellen des Pumpens in einem Verdichter eines durch einen Verdichter angetriebenen Systems betrifft.
  • Die beispielhafte Ausführungsform des Geräts zum Feststellen des Pumpens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Anwendung in einem Kühl- oder Kältesystem mit einem Schleuderverdichter, der von einem Elektromotor angetrieben wird, wird in 1 gezeigt und wird allgemein mit der Bezugsnummer 10 bezeichnet. Die Bestandteile des Kühlsystems und des selbst optimierenden Steuersystems sind die gleichen wie die in den Lehren der US-Patentschrift Nr. 4,608,833 [nachstehend "Patentschrift '833"], die auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde. Die Patentschrift '833 erläutert und erklärt Einzelheiten eines derartigen Kühlsystems, das angepasst werden kann, um das hier offenbarte Gerät zum Feststellen des Pumpens zu verwenden.
  • In der Patentschrift '833 wird das selbst optimierende Kapazitätssteuersystem für einen von einem Wechselrichter angetriebenen Schleuderverdichter gezeigt, der auf Wasserkühlern basiert, wobei sowohl die verstellbaren Einlassleitschaufeln als auch die Verdichterdrehzahl als Reaktion auf eine fortwährend aktualisierte "erlernte" Kühlerpumpfläche automatisch reguliert werden, um insgesamt einen minimalen Kühlerenergieverbrauch zu erreichen. Um die "erlernte" Pumpoberfläche zu erhalten, umfasst das Steuersystem einen Mikroprozessor, um einen "Lernmodus" zu starten, in dem die Verdichtermotordrehzahl fortwährend inkrementell verringert wird, und die Vordrall-Leitschaufeln auf eine weiter offene Position verschoben werden, bis ein Arbeitspunkt gefunden wird, an dem der Verdichter pumpt.
  • Aus praktischen Gründen der Erläuterung der vorliegenden Erfindung ist das Gerät 10 zum Feststellen des Pumpens in 1 in Verbindung mit einer vereinfachten Ausführung eines Kühlsystems dargestellt. Das Kühlsystem umfasst einen Schleuderverdichter 12, einen Kondensator 14, eine Expansionsvorrichtung 16 und einen Verdampfer 18, die alle in Reihe zusammengeschaltet sind, um einen herkömmlichen geschlossenen Kühlkreislauf zu bilden. Kühlgas wird im Verdichter 12 verdichtet, und das Druckgas wird an den Kondensator 14 abgegeben, in dem ein Kühlmittel, wie etwa Wasser aus einem Kühlturm, das Druckgas dazu veranlasst, zu einem flüssigen Kältemittel zu kondensieren. Das flüssige Kältemittel dehnt sich aus, während es durch die Expansionsvorrichtung 16 zum Verdampfer 18 geht. Während das flüssige Kältemittel durch den Verdampfer 18 fließt, befindet sich umlaufendes Wasser von einem Gebäude in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Kältemittel, um dieses dazu zu veranlassen, einen Verdampfungszustand zur Abgabe an einen Saugeinlass des Verdichters anzunehmen. Auf diese Art und Weise wird das Wasser im Verdampfer 18 gekühlt, um das Gebäude zu abzukühlen. Um das Ausmaß der Kühlung, die dem Gebäude zugeführt wird, als Reaktion auf Änderungen des Kühlbedarfs oder der Belastung zu verändern, wird die Kapazität des Verdichters 12 angepasst, indem die Durchflussrate des Kältemittels durch das Kühlsystem reguliert wird, um seine Kapazität zu ändern.
  • Das Kühlsystem der vorliegenden Erfindung umfasst ferner ein Kühlersteuerpult 34 mit einer Hauptmikroprozessorplatine 36. Ein elektrischer Induktionsmotor 20 versorgt den Schleuderverdichter 12. Der elektrische Induktionsmotor 20 wird bevorzugt von einem Spannungsquellen-Regelantrieb 22 angetrieben. Wie in 3 gezeigt, umfasst der Spannungsquellen-Regelantrieb 22 bevorzugt ein Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlerteilsystem 24, ein Gleichstrom-Tiefpassfilterteilsystem 26, das eine Gleichstromschwingung glättet, ein Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichterteilsystem 28 und eine Wechselrichter-Systemplatine 30 mit einem Mikroprozessor 32 und einem A/D-Wandler 33.
  • Es ist allgemein bekannt, dass das Pumpen dauerhaften Schaden am Verdichter verursachen kann, wenn man es häufig und langzeitig auftreten lässt. Somit ist es bei allen Anwendungen wichtig zu wissen, wann der Verdichter pumpt. Das Gerät 10 zum Feststellen des Pumpens gemäß der vorliegenden Erfindung soll nun ausführlich mit Bezug auf das Kühlsystem aus 1 beschrieben werden. Im Allgemeinen umfasst das System 10 zum Feststellen des Pumpens eine lernfähige Kapazitätssteuerplatine 44, die im Kühlersteuerpult 34 des Kühlsystems bereitgestellt wird.
  • Insbesondere umfasst das System 10 zum Feststellen des Pumpens einen ersten Drucksensor 38, der im Kondensator 14 angeordnet ist, um ein Signal zu erzeugen, das entweder vom absoluten oder vom Manometerdruck im Kondensator 14 abhängig ist. Ein zweiter Drucksensor 40 wird im Verdampfer 18 angeordnet, um ein Signal zu erzeugen, das entweder vom absoluten oder vom Manometerdruck im Verdampfer 18 abhängig ist. Die Messwandler 38 und 40 könnten sich alternativ in der jeweiligen Verdichtungsleitung und Saugleitung des Verdichters 12 befinden. In beiden Fällen fühlen die Messwandler Drücke ab, die den Verdichtungs- und Saugdruck des Verdichters 12 darstellen.
  • Es wurde entdeckt, dass wenn das Pumpen im Verdichter auftritt, der Verdichtungsdruck (bzw. der Druck am Kondensator) abnimmt und zum Saugdruck (bzw. dem Druck am Verdampfer) tendiert. Die vorliegende Erfindung legt die wirklichen Drücke, die von den beiden Wandlern abgefühlt werden, an einen Mikroprozessor an, in dem die Drücke verwendet werden, um einen Differenzdruck zu berechnen, der periodisch mit verzögerten Werten verglichen wird, um zu bestimmen, wann das Pumpen vorgekommen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden diese verzögerten Werte periodisch geändert, je nach einem Vergleich des Unterschieds zwischen den abgefühlten Drücken und dem dann vorliegenden verzögerten Wert. Durch empirische und analytische Bemühungen wurde eine bevorzugte Routine entwickelt, um das Pumpen auf diesen allgemeinen Grundlagen basierend festzustellen. Ein Beispiel einer bevorzugten Routine, die für das in 1 gezeigte System entwickelt wurde, wird nachstehend beschrieben, aber die Erfindung ist nicht nur auf diese spezifische Routine beschränkt.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform befindet sich die lernfähige Kapazitätssteuerplatine 44 innerhalb des Kühlersteuerpults 34 und ist an die Hauptmikroprozessorplatine 36 des Kühlersteuerpults 34 und an die ersten und zweiten Drucksensoren 38, 40 angeschlossen. Wie in 2 gezeigt, umfasst die lernfähige Kapazitätssteuerplatine 44 einen Multiplexer 46, um die Kondensatordruck- und Verdampferdrucksignale in analoger Form zu empfangen und die getrennte Ausgabe jedes Drucksignals zu erlauben. Jedes Drucksignal wird dann an einen A/D-Wandler 48 ausgegeben, um die gewählten Drucksignale in Digitalsignale umzusetzen, die schließlich an einen Mikroprozessor 50 ausgegeben werden. Der Mikroprozessor 50 empfängt die digitalen Drucksignale und bestimmt periodisch den Unterschied zwischen den Kondensator- und Verdampferdrucksignalen, um einen Differenzdruckwert (dp) zu erzeugen. Der Mikroprozessor 50 vergleicht periodisch diesen Differenzdruckwert mit vorhergesehenen Steuerwerten und wendet eine Routine an, die ausgelegt ist, um das Pumpen basierend auf den abgefühlten Drücken und auf Schwellenwerten, die durch empirische und analytische Bemühungen erzeugt werden, die den bestimmten Verdichter und das System, an dem er angebracht ist, betreffen, festzustellen. Der Betrieb des Mikroprozessors 50 der bevorzugten Ausführungsform und Routine wird im Allgemeinen in 6 gezeigt und wird nachstehend beschrieben.
  • Um den Betrieb der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verständlich zu machen, wird nun auf 4 Bezug genommen. In 4(a) wird ein typisches Differenzdruck-Messsignal (dp) gezeigt, das im Verdichter 12 erscheint, der Schwankungen aufweist, und kann ein Pumpereignis darstellen. Der Unterschied zwischen Verdichtungs- und Saugdruck bleibt relativ konstant, wenn kein Pumpen auftritt. In 4(a) wird ein Wert dp_lag, der eine Variable darstellt, die vom Mikroprozessor 50 der lernfähigen Kapazitätssteuerplatine 44 erstellt wird, verwendet wird, um das Pumpen festzustellen, und automatisch auf dp gesetzt wird, wenn dp größer ist als dp_lag. Fällt dp unter dp_lag ab, dann wird dp_lag bevorzugt in einem vorgewählten Rhythmus in Richtung auf dp heruntergesetzt, wobei ein Arbeitsrhythmus 0,1 psi pro Sekunde ist. Dieser Rhythmus kann je nach Anwendung unterschiedlich sein. Wie in 4(a) gezeigt, hat man entdeckt, dass diese Variable den wirklichen dp-Werten relativ nahe nacheilt oder sogar damit gleichwertig ist, wenn kein Pumpen auftritt.
  • 4(b) stellt ein typisches Differenzdruck-Messsignal während einem tatsächlichen Pumpereignis dar, sowie die Art und Weise, wie der Mikroprozessor 50 die dp_lag-Variable anpasst. Wie in 4(b) gezeigt, erfordert die bevorzugte Ausführungsform der Routine, dass vier Bedingungen erfüllt werden, damit die Änderung des Differenzdrucks als tatsächliches Pumpen gilt. Zwei erfolgen in dem willkürlich mit Null bezeichneten Softwarezustand, mindestens eine Bedingung erfolgt in einem Softwarezustand Eins, und eine erfolgt in einem Softwarezustand Zwei. Die ersten und zweiten Bedingungen werden erfüllt (im Softwarezustand Null), wenn der Wert (dp_lag-dp) einen vorgewählten Schwellenwert [Schwellenwert 1 in 4(b)] überschreitet, was angibt, dass ein negativer Übergang bei dp erfolgt ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform, die auf das Kühlsystem von 1 angewendet wird, muss dieser Wert dann fortwährend mindestens eine vorgewählte Zeit lang unter dem Schwellenwert bleiben (bevorzugt 100 Millisekunden), um als zweite Bedingung zu gelten. Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, wird ein Fünf-Sekunden-Zeitmesser (der Zeitmesser kann je nach Anwendung von zwei bis zehn Sekunden variieren) gesetzt, und der Mikroprozessor geht automatisch in den Softwarezustand Eins über.
  • Die dritte Bedingung tastet fortwährend aufeinander folgende dp-Signale ab, nachdem die ersten und zweiten Be dingungen erfüllt wurden, und zwar im Softwarezustand Eins. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform werden die dp-Signale der dritten Bedingung im Softwarezustand Eins erreicht, wenn der Wert (dp_lag-dp) einen zweiten vorgewählten Schwellenwert [Schwellenwert 2 in 4(b)] mindestens 340 Millisekunden lang überschreitet. Der Zeitraum, während dem der Schwellenwert 2 überschritten werden muss, variiert erheblich von einer Anwendung zur anderen. Für Systeme wie das in 1 gezeigte kann der Zeitraum je nach Systemart von 200 bis 750 Millisekunden variieren. Wenn die dp-Signale der dritten Ausführungsform erreicht sind, geht der Mikroprozessor automatisch in den Softwarezustand Zwei über, und dp_lag wird gleich dp gesetzt. Beispielhaft ist der Schwellenwert 1 bevorzugt gleich 0,5 psi bei Niederdruckverdichtern und gleich 3,4 psi bei Hochdruckverdichtern. Der Schwellenwert kann anwendungsabhängig variieren. Bei der bevorzugten Ausführungsform liegt der Schwellenwert 2 bevorzugt zehn bis zwanzig Prozent höher als der Schwellenwert 1.
  • Die vierte Bedingung erfordert ein weiteres Abtasten des dp-Signals, nachdem die ersten bis dritten Bedingungen erfüllt wurden. Das dp-Signal der vierten Bedingung erfüllt die Anforderungen des Softwarezustands Zwei, wenn mindestens zwei aufeinander folgende positive Übergänge [Δdp_lag > 0, siehe 4(b)] festgestellt werden. Wenn die dritten und vierten Bedingungen innerhalb eines vorgewählten Zeitraums (bei der bevorzugten Ausführungsform fünf Sekunden) nicht erfüllt werden, kehrt man automatisch in den Softwarezustand Null zurück, und der Vorgang startet von neuem. Ebenso wird durch Setzen von dp_lag auf dp, wenn die dritte Bedingung erfüllt ist, dp_lag automatisch für das nächste Pumpereignis zurückgestellt. Wenn die vier Bedingungen innerhalb des Fünf-Sekunden-Zeitabstands erfüllt werden, wird ein tatsächliches Pumpen bestätigt.
  • Die Einzelheiten einer Rechenvorrichtung, wie etwas des Mikroprozessors 50 der lernfähigen Kapazitätssteuerplatine 44, die benötigt wird, um die soeben beschriebenen Funktionen bezüglich des Vorgangs von 4 auszuführen, werden in 6 als Flussdiagramm gezeigt. Der Mikroprozessor 50 empfängt als Eingangssignale die Kondensator- und Verdampfer-Drucksignale.
  • Der Vorgang zum Identifizieren des Pumpens wird durch einen Startblock 70 eingeleitet, der das Ablesen der Eingangssignale von den Drucksensoren 38, 40 veranlasst. Ein Logik- oder Entscheidungsblock 72 bestimmt, ob ein 20-Millisekunden-Zeitraum abgelaufen ist, seit die letzten Werte gelesen wurden. Sind 20 Millisekunden nicht abgelaufen, dann wird die Routine beendet. Ansonsten geht man zu Block 74 über, um den ersten Eingang des Drucksensors 38 zu lesen, der an dem Kondensator 14 angebracht ist, und zu Block 76, um den ersten Eingangswert in "Wert 1" umzusetzen. Der zweite Eingang des Drucksensors 40 wird dann gelesen und jeweils in den Blöcken 78 und 80 in "Wert 2" umgesetzt. Die Eingangswerte "Werte 1 und 2" sind Digitalsignale. Somit sucht der Mikroprozessor 50 während des Umwandlungsvorgangs in einer Verweistabelle, um die Digitalwerte "Werte 1 und 2" mit einem entsprechenden Druckwert mal zehn zu korrelieren, d. h. die in der Verweistabelle abgelegten Druckwerte sind das Zehnfache der wirklichen Druckwerte.
  • Der zweite Wert "Wert 2" wird dann von dem ersten Wert "Wert 1" abgezogen, um im Entscheidungs- oder Logikblock 82" x" zu erhalten ("x" stellt den Differenzdruck dp dar). Wenn der Wert von "x", der von der Variablen "x_lag" abgezogen wird, positiv ist, dann fährt der Entscheidungsblock 84 mit dem Zählerblock 86 fort, in dem ein Zähler "lag_count" auf fünfzig Zählungen gesetzt wird, und dann mit Block 88, in dem die Variable "x_lag" gleich "x" gesetzt wird. Eine Zählung ist gleich zwanzig Millisekunden, somit sind fünfzig Zählungen gleich tausend Millisekunden bzw. einer Sekunde. Wenn der Wert von "x", der von der Variablen "x_lag" abgezogen wird, negativ ist, fährt der Entscheidungs- oder Logikblock 84 mit dem Entscheidungs- oder Logikblock 90 fort, in dem bestimmt wird, ob "lag_count" gleich Null ist und ob der Pumpzustand "surge_state" gleich Null ist. Wenn die beiden Bedingungen des Entscheidungsblocks 90 wahr sind, dann wird "x_lag" in Block 92 um eine Einheit erniedrigt, "lag_count" wird in Block 94 auf fünfzig Zählungen zurückgesetzt (1000 Millisekunden bzw. 1 Sekunde), und man geht zum Entscheidungs- oder Logikblock 96 über. Die Einheiten bei dieser Anwendung sind gleich 0,1 psi pro Sekunde, wie oben angegeben. Mit anderen Worten wird "x_lag" in Wirklichkeit um 0,1 psi pro Sekunde erniedrigt.
  • Wenn die beiden Bedingungen im Entscheidungsblock 90 nicht erfüllt sind, dann geht man zum Entscheidungsblock 96 über, wo bestimmt wird, ob "lag_count" größer ist als Null. Ist "lag_count" größer als Null, dann wird "lag_count" in Block 98 um eine Zählung (20 Millisekunden) erniedrigt, ansonsten geht man zum Entscheidungs- oder Logikblock 100 über. Wenn in Block 100 bestimmt wird, dass "surge_state" gleich Null ist, dann zweigt die Routine zur Nebenroutine A ab, ansonsten fährt die Routine mit dem Entscheidungs- oder Logikblock 102 fort. Wenn im Entscheidungsblock 102 bestimmt wird, dass "surge_state" gleich Eins ist, dann zweigt die Routine zur Nebenroutine B ab, ansonsten fährt die Routine mit dem Entscheidungs- oder Logikblock 104 fort. Wenn im Entscheidungsblock 104 bestimmt wird, dass "surge_state" gleich Zwei ist, dann zweigt die Routine zur Nebenroutine C ab, ansonsten fährt die Routine fort, um "surge_state" in Block 106 auf Null zu setzen und ist dann beendet.
  • In der Nebenroutine A bestimmt der Entscheidungs- oder Logikblock 108, ob "x_lag" weniger "x" größer ist als ein Pumpschwellenwert "surge_threshold", d. h. der Schwellenwert 1 in 4(b). Wird "surge_threshold" überschritten, so fährt die Nebenroutine mit Block 110 fort, wo der negative Zähler "neg_count" um eine Zählung (20 Millisekunden) erhöht wird, ansonsten wird "neg_count" in Block 112 auf Null gesetzt. Nach Block 112 fährt die Nebenroutine mit dem Entscheidungs- oder Logikblock 114 fort, in dem bestimmt wird, ob "neg_count" gleich fünf Zählungen (100 Millisekunden) ist oder nicht. Wenn "neg_count" nicht gleich fünf Zählungen ist, ist die Nebenroutine beendet, ansonsten wird "surge_count" in Block 116 auf Null gesetzt, "surge_state" wird in Block 118 auf Eins gesetzt, "neg_count" wird in Block 120 auf Null gesetzt, und der Testzähler "test_count" wird in Block 122 auf "250" gesetzt, d. h. fünf Sekunden (250 × 20 Millisekunden = 5 Sekunden). Nach Block 122 ist die Nebenroutine beendet.
  • In der Nebenroutine B geht man zu einem Entscheidungsblock 124 über, um zu sehen, ob "test_count" größer ist als Null. Wenn "test_count" nicht größer ist als Null, wird "surge_state" in Block 126 auf Null gesetzt, und die Nebenroutine wird beendet, ansonsten wird "test_count" in Block 128 um eine Zählung (20 Millisekunden) erniedrigt, und man geht zum Entscheidungs- oder Logikblock 130 über. Im Entscheidungsblock 130, wenn "x_lag" weniger "x" kleiner oder gleich "surge_threshold + n" ist (d. h. der Schwellenwert 2 in 4(b), wobei "surge_threshold" den Schwellenwert 1 in 4(b) und "n" zehn bis zwanzig Prozent des Schwellenwerts 1 darstellen), dann wird die Nebenroutine beendet, ansonsten wird "surge_count" um eine Zählung (20 Millisekunden) erhöht, und man geht zum Entscheidungs- oder Logikblock 134 über. Im Entscheidungsblock 134, wenn "surge_count" kleiner oder gleich fünfzehn Zählungen (300 Millisekunden) ist, dann wird die Nebenroutine beendet, ansonsten werden "x_prev" und "x_lag" jeweils in den Blöcken 136 und 138 gleich "x" gesetzt, "surge_state" wird in Block 140 gleich Zwei gesetzt, der positive Zähler "pos_count" wird in Block 142 gleich Null gesetzt, und die Nebenroutine wird beendet.
  • In der Nebenroutine C bestimmt der Entscheidungs- oder Logikblock 144, ob "test_count" größer ist als Null. Wenn "test_count" nicht größer ist als Null, dann wird "surge_state" in Block 146 auf Null gesetzt, und die Nebenroutine wird beendet, ansonsten wird "test_count" in Block 148 um eine Zählung (20 Millisekunden) erniedrigt, und man geht zum Entscheidungs- oder Logikblock 150 über. Im Entscheidungsblock 150, wenn "x" weniger "x_prev" kleiner oder gleich Null ist, dann geht man zum Entscheidungsblock 152 über, ansonsten wird "pos_count" in Block 154 um eine Zählung (20 Millisekunden) erhöht, und "x_lag" wird in Block 156 auf "x" gesetzt. Wenn im Entscheidungsblock 152 bestimmt wird, dass "pos_count" nicht gleich zwei Zählungen ist (40 Millisekunden), dann wird die Nebenroutine beendet, ansonsten wird in Block 158 das Pumpen identifiziert, in Block 160 lässt man eine Pump-LED aufleuchten, der positive Übergang zum Pumpen "surge_pos_transition" wird in Block 162 auf "wahr" gesetzt, "surge_state" wird in Block 164 auf Null gesetzt, und die Nebenroutine wird beendet.
  • Wenn das Pumpen festgestellt wird, erzeugt der Mikroprozessor 50 der lernfähigen Kapazitätssteuerplatine 44 ein Steuersignal über die "Verbindung 1" (siehe 1), um die Frequenz zu erhöhen, die von dem Spannungsquellen-Regelantrieb 22 geliefert wird. Die Erhöhung der Frequenz im Spannungsquellen-Regelantrieb 22 erhöht die Drehzahl des Elektromotors, die ihrerseits die Drehzahl des Verdichters 12 erhöht, wodurch verhindert wird, dass ein weiteres Pumpen im Verdichter 12 auftritt. Derartige Steuertechniken werden in der obigen zur Information integrierten Patentschrift '833 zusammengefasst.
  • Das in 3 gezeigte System zum Feststellen des Pumpens umfasst einen Gleichstromwandler 42, oder mehrere davon, die sich zwischen dem Gleichstromfilterteilsystem 26 und dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichterteilsystem 28 des Spannungsquellen-Regelantriebs 22 befinden, um einen Ausgangsverbindungsgleichstrom iDC des Gleichstromfilterteilsystems 26 unmittelbar abzufühlen. Der Mittelwert des Verbindungsgleichstroms iDC wird bevorzugt unter Verwendung der drei Motorstromphasen IA, IB und IC, die von dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichterteilsystem 28 des Spannungsquellen-Regelantriebs 22 geliefert werden, und der drei Ausgangsschaltsteuersignale A, B und C, die von der Wechselrichter-Systemplatine 30 an die Schalter S1 bis S6 des Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichterteilsystems 28 geliefert werden, wiederhergestellt. Der Mittelwert des Verbindungsgleichstroms iDC gibt die Leistung an, die von dem Gleichstromfilterteilsystem 26 abgegeben wird, da die Gleichspannung vDC, die von dem Gleichstromfilterteilsystem 26 erzeugt wird, konstant ist, und die Leistung, die von dem Gleichstromfilterteilsystem 26 abgegeben wird, wird berechnet, indem die Gleichspannung vDC mit dem Verbindungsgleichstrom iDC multipliziert wird.
  • Wie in 3 ersichtlich, ist die lernfähige Kapazitätssteuerplatine 44 über die serielle "Verbindung 2" an die Hauptmikroprozessorplatine 36 des Kühlersteuerpults 34 und über die serielle "Verbindung 1" des Spannungsquellen-Regelantriebs 22 an die Wechselrichter-Systemplatine 30 angeschlossen. Die Hauptmikroprozessorplatine 36 stellt die Steuerung für weitere Stufen des Kühlers sowie die Digitalanzeige der Kühlerbetriebsbedingungen bereit. Die Wechselrichter-Systemplatine 30 des Regelantriebs umfasst einen A/D-Wandler 33, um den Mittelwert des Verbindungsgleichstromsignals iDC in ein Digitalsignal umzusetzen, und einen Mikroprozessor 32, um die digitale Darstellung des Mittelwerts des Verbindungsgleichstromsignals iDC zu empfangen. Die -Wechselrichter-Systemplatine 30 des Regelantriebs kann den Verbindungsgleichstrom iDC direkt verarbeiten und über die "Verbindung 1" während eines Pumpereignisses ein Pump- Flag an die lernfähige Kapazitätssteuerplatine 44 senden. Alternativ kann die Wechselrichter-Systemplatine 30 den Digitalwert des Verbindungsgleichstroms iDC über die "Verbindung 1" senden und es dem Mikroprozessor 50 der lernfähigen Kapazitätssteuerplatine 44 ermöglichen, den Verbindungsgleichstrom iDC zu verarbeiten, um das Pumpen zu bestimmen. Somit kann unter Verwendung des Systems aus 3 ein Pumpereignis festgestellt werden, indem der festgestellte Verbindungsgleichstrom iDC verwendet wird.
  • Um die Anordnung aus 3 verständlich zu machen, wird nun Bezug auf 5 genommen. In 5(a) der Zeichnungen wird bildlich ein typischer mittlerer Messwert des Verbindungsgleichstroms (mit "link" bezeichnet) abgebildet, der in dem Spannungsquellen-Regelantrieb 22 auftritt und Schwankungen aufweist, die für ein Pumpereignis repräsentativ sein können. In 5(a) wird auch ein Wert link_lag gezeigt, der eine Variable darstellt, die von dem Mikroprozessor 50 oder 32 jeweils der lernfähigen Kapazitätssteuerplatine 44 oder der Wechselrichter-Systemplatine 30 des Regelantriebs erstellt wird. Die Variable link_lag wird automatisch auf link gesetzt, wenn link link_lag überschreitet. Wenn link unter link_lag abfällt, dann wird link_lag langsam in Richtung auf link abgesenkt, und zwar in einem Rhythmus von zehn niedrigstwertigen Bits (LSB) pro Sekunde. Der A/D-Wandler 33 der Wechselrichter-Systemplatine 30 weist zwölf Bits oder insgesamt 212 (= 4096) LSB auf. Der Rhythmus, in dem link_lag abgesenkt wird, kann anwendungsabhängig variieren. 5(b) stellt ein typisches gemessenes Verbindungsgleichstromsignal (link) während eines tatsächlichen Pumpereignisses dar, sowie die Art und Weise, wie der Mikroprozessor 50 oder 32 die Variable link_lag anpasst.
  • Gemäß dem Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom iDC müssen die oben aufgeführten Bedingungen für das Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Differenzdruck auch für das Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom erfüllt werden. Somit ist das Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom dem Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Differenzdruck ähnlich. Es wird jedoch der abgefühlte Wert des Verbindungsgleichstroms (und nicht der dp-Wert) verwendet. Ferner erfordert die dritte Bedingung des Verfahrens zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom, dass der Wert (link_lag-link) einen zweiten Schwellenwert [den Schwellenwert 2 in 5(b)] mindestens 350 Millisekunden lang, statt 340 Millisekunden, überschreitet. Der Zeitraum, während dem der Schwellenwert 2 überschritten werden soll, kann je nach Anwendung von 200 bis 750 Millisekunden variieren. Ferner erfordert die vierte Bedingung des Verfahrens zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom das Feststellen von mindestens drei, statt zwei, aufeinander folgenden positiven Übergängen [Δlink_lag > 0, siehe 5(b)].
  • Ferner befolgt gemäß dem Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom der Mikroprozessor 50 oder 32 der lernfähigen Kapazitätssteuerplatine 44 oder der Wechselrichter-Systemplatine 30 jeweils den gleichen Vorgang zum Identifizieren des Pumpens aus 6, wie er oben für das Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Differenzdruck beschrieben wurde. Bei dem Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom ist "x" jedoch durch "link" zu ersetzen, und 10 Millisekunden sind statt 20 Millisekunden zu verwenden, wie es der Entscheidungsblock 72 aus 6(a) zeigt. Das bedeutet, dass bei dem Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom eine Zählung gleich zehn Millisekunden, statt zwanzig Millisekunden, ist. Ferner liest oder wandelt der Mikroprozessor 50 oder 32 bei dem Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom nicht einen zweiten Ausgang [Blöcke 78 und 80 aus 6(a)], da der Mikroprozessor 50 oder 32 nur einen Eingang abliest, d. h. den Verbindungsgleichstrom iDC. Somit zieht der Mikroprozessor 50 oder 32 in Block 82 aus 6(a) nicht den "Wert 2" von "Wert 1" ab, sondern setzt "x" gleich "Wert 1". Ebenso senkt das Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom "link_lag" in Richtung auf "link" in einem Rhythmus von zehn LSB pro Sekunde.
  • Angesichts der obigen Erkenntnisse sind verschiedene Kombinationen von Systemen zum Feststellen des Pumpens denkbar. Obwohl das Pumpen z. B. durch Abfühlen einer Druckänderung durch den Verdichter 12 festgestellt werden kann, kann das System zusätzlich mit Mitteln versehen werden, um den Verbindungsgleichstrom iDC im Spannungsquellen-Regelantrieb 22 abzufühlen, um zum Feststellen des Pumpens beizutragen. Wenn bei dem System der vorliegenden Erfindung sowohl Druck- als auch Strommodelle verwendet werden, um das Pumpen festzustellen, kann das Pumpen angegeben werden, wenn eine oder beide Routinen das Pumpen bestimmen. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Pumpen mindestens dadurch angegeben, dass die Druckroutine das Pumpen feststellt.
  • Es wird für den Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Variationen an dem Verfahren und Gerät zum Feststellen des Pumpens im Rahmen des Umfangs der beiliegenden Ansprüche vorgenommen werden können. Als Beispiel kann das Verbindungsgleichstrom-Verfahren durch den Mikroprozessor 32 ausgeführt werden, der in der Wechselrichter-Systemplatine 30 des Spannungsquellen-Regelantriebs 22 enthalten ist, wodurch die Notwendigkeit der lernfähigen Kapazitätssteuerplatine 10 entfällt. Ferner muss der Verdichter 12 nicht unbedingt schleuderartig sein, sondern kann eine beliebige andere Art von rotationsdynamischem Verdichter sein.
  • Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden für den Fachmann unter Berücksichtigung der Beschreibung und der praktischen Umsetzung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich sein.

Claims (7)

  1. System zum Feststellen des Pumpens (10) zur Verwendung in einem Kühlsystem mit einem Verdichter (12), wobei der Verdichter durch einen Elektromotor (20) angetrieben wird und der Elektromotor durch einen Spannungsquellen-Regelantrieb (22) angetrieben wird, wobei das System zum Feststellen des Pumpens folgendes umfasst: Mittel (38, 40) zum Abfühlen eines Differenzdrucks, der über den Verdichter aufgebaut wird, wobei die Mittel zum Abfühlen eines Differenzdrucks Mittel zum Abfühlen eines Drucks, der den Saugdruck des Verdichters darstellt, und Mittel zum Abfühlen eines Drucks, der den Verdichtungsdruck des Verdichters darstellt, umfassen; dadurch gekennzeichnet, dass das System zum Feststellen des Pumpens ferner folgendes umfasst: Rechenmittel (50), die auf den abgefühlten Differenzdruck reagieren, um anzugeben, wann ein tatsächliches Pumpen in dem Verdichter auftritt, wobei die Rechenmittel den Unterschied zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Saugdruck berechnen, um einen Differenzdruck zu erhalten, den Differenzdruck gegenüber einem ersten Differenzdruck-Schwellenwert und einem zweiten Differenzdruck-Schwellenwert vergleichen und angeben, dass ein tatsächliches Pumpen in dem Verdichter auftritt, wenn die ersten und zweiten Differenzdruck-Schwellenwerte beide jeweils innerhalb eines ersten vorherbestimmten Zeitraums und eines zweiten vorherbestimmten Zeitraums überschritten werden.
  2. System zum Feststellen des Pumpens nach Anspruch 1, wobei die Rechenmittel (50) periodisch den abgefühlten Differenzdruck abtasten und die abgefühlten Werte mit einem oder mehreren vorherbestimmten Schwellenwerten vergleichen, um zu bestimmen, wann ein tatsächliches Pumpen auftritt.
  3. System zum Feststellen des Pumpens nach Anspruch 1, wobei der Verdichter (12) ein Schleuderverdichter ist, der an einen Verdampfer (18) und einen Kondensator (14) angeschlossen ist, und wobei die Mittel (38, 40) zum Abfühlen eines Differenzdrucks die Drücke jeweils an dem Verdampfer und dem Kondensator abfühlen.
  4. Verfahren zum Feststellen des Pumpens in einem Kühlsystem mit einem Verdichter (12), der von einem Elektromotor (20) angetrieben wird, wobei der Elektromotor von einem Spannungsquellen-Regelantrieb (22) angetrieben wird, wobei das Verfahren folgenden Schritt umfasst: Abfühlen oder Berechnen eines Differenzdrucks, der durch den Verdichter hindurch aufgebaut wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgende Schritte umfasst: Vergleichen des Differenzdrucks mit ersten und zweiten Differenzdruck-Schwellenwerten; und Angeben dass ein tatsächliches Pumpen in dem Verdichter auftritt, wenn die ersten und zweiten Differenzdruck-Schwellenwerte beide jeweils innerhalb erster und zweiter vorherbestimmter Zeiträume überschritten werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Differenzdruck, der durch den Verdichter (12) hindurch aufgebaut wird, durch Abfühlen eines Drucks, der den Saugdruck des Verdichters darstellt, durch Abfühlen eines Drucks, der den Verdichtungsdruck des Verdichters darstellt, und durch Berechnen der Differenz zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Saugdruck berechnet wird, um den Differenzdruck zu erhalten.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend: das periodische Abtasten des Differenzdrucks und das Vergleichen der abgefühlten Werte mit einem oder mehreren vorherbestimmten Schwellenwerten, um zu bestimmen, wann ein tatsächliches Pumpen auftritt.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Verdichter (12) ein Schleuderverdichter ist, der an einen Verdampfer (18) und an einen Kondensator (14) angeschlossen ist, und wobei die Drücke, welche die Saug- und Verdichtungsdrücke des Verdichters darstellen, jeweils die Drücke an dem Verdampfer und dem Kondensator sind.
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