JP2004522063A - Control device and method for reciprocating compressor - Google Patents

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Abstract

本発明は、ピストンのストロークの矩形波と圧縮機に供給される電流の矩形波との間の位相差の情報によってトップクリアランスが最小となるようにシリンダ内のピストンの位置を安価でかつ正確に制御することができる往復動式圧縮機の制御装置及び方法を開示する。
本発明の制御装置は、制御信号によって点弧角を変えて往復動式圧縮機を駆動する駆動部と、圧縮機に供給される電流に相当した矩形波を出力する電流位相検出部と、圧縮機のストロークに相当する矩形波を出力するストローク位相検出部と、上記の電流位相検出部から生成された矩形波と上記のストローク位相検出部から生成された矩形波との間の位相差によって上記の駆動部の点弧角を制御する制御部と、を含んで構成されることを特徴とする。The present invention makes it possible to inexpensively and accurately position the piston in the cylinder so that the top clearance is minimized by the information of the phase difference between the square wave of the piston stroke and the square wave of the current supplied to the compressor. A control apparatus and method for a reciprocating compressor that can be controlled is disclosed.
The control device of the present invention includes a driving unit that drives a reciprocating compressor by changing a firing angle by a control signal, a current phase detection unit that outputs a rectangular wave corresponding to a current supplied to the compressor, A stroke phase detector that outputs a square wave corresponding to the stroke of the machine, and a phase difference between the square wave generated from the current phase detector and the square wave generated from the stroke phase detector. And a control unit for controlling the firing angle of the driving unit.

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、往復動式圧縮機に関するもので、特に、往復動式圧縮機のピストンストロークの波形と電流波形との間の位相差によって出力電圧を制御する往復動式圧縮機の制御装置及び方法に関する。
（背景技術）
最近、冷蔵庫などにおいて冷媒ガスを圧縮するための往復動式圧縮機が開発されている。
【０００２】
そのうち、直線運動モータを用いた往復動式圧縮機と、この往復動式圧縮機のピストンストロークを制御する方法がアメリカ特許第５，３４２，１７６号に開示されている。これを添付図面を参照して簡略に説明する。
【０００３】
図１はアメリカ特許第５，３４２，１７６号に開示されている往復動式圧縮機の構造を示す断面図であり、図２は図１の圧縮機のピストンストロークを制御する圧縮機制御装置を示すブロック図である。
【０００４】
従来の往復動式圧縮機は、図１に示すように、往復動式モータに巻かれたコイル５に供給される電流によって生ずる磁界によって磁石４に力が発生し、ピストンの運動はピストン１をリンクするヨークによってスプリング常数Ｋを有するスプリング６に伝達されるので、ヨーク３によって連結されたピストン１に作用する上記の磁石の力に応答してピストン１はシリンダ２内で往復運動を行う。ピストン１の下方への運動中には周囲の空間９の圧力であり、また圧縮機の内部空間１０の下側部分の圧力でもある吸入圧でガスあるいは蒸気がチェックバルブ７を通じてシリンダ内に吸入され、ピストンの上方向への運動中にはシリンダのガスあるいは蒸気はシリンダの圧力がその排気圧、即ちその圧力でチェックバルブ８が開く排気パイプ１１内の圧力を越えるまで最初は圧縮され、このピストンの上方向の運動を継続することによってガスあるいは蒸気は上記の排気パイプ内に押込まれる。
【０００５】
上述のような従来の往復動式圧縮機の制御装置を説明すると次の通りである。
【０００６】
図２に示すように、往復動式圧縮機は、モータのコイル５の入力端に接続されてモータのコイルに印加される電圧を時間の関数として検出するための電圧検出部１３と、モータのコイル５に接続されてこのコイルを通る電流を時間の関数として検出するための電流検出部１２と、電圧検出部１３及び電流検出部１２で検出した電圧及び電流値を用いてピストンの速度を計算し、このピストンの速度からピストンのストロークを演算するコンピュータ１４と、コンピュータ１４で演算したストローク値と予め設定した電圧値と比較し、そのストローク値と予め設定した電圧値の間の差を補償するように目標出力電圧を決定して、それを駆動部１６に指令する指令部１５と、を具備して構成される。
【０００７】
このような従来の往復動式圧縮機の制御方法を以下に説明する。
【０００８】
まず、予め設定された終端変位値（ｅｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｖａｌｕｅ）（上死点（ｔｏｐ ｄｅａｄ ｐｏｉｎｔ）と下死点（ｂｏｔｔｏｍ ｄｅａｄ ｐｏｉｎｔ）の値）を入力する。
【０００９】
また、ある特定の値に圧縮機のモータに電力を供給して往復動式圧縮機のコイルに供給される電圧と電流を時間関数として夫々検出する。
【００１０】
上記の検出した電圧と電流値を用いてピストンの変位値を測定する。
【００１１】
上記の測定された変位値を予め設定された変位値とを比較し、この比較によるエラー信号を出力する。
【００１２】
上記のエラー信号を最小化するようにこのエラー信号に応じてモータのコイルに供給する電圧を変化させる。
【００１３】
上記のエラー信号を出力するために上記の予め設定した変位値と上記のピストン変位測定値を比較する方法は次の通りである。
【００１４】
ｖ＝ （１／α）（Ｖ−Ｌ（ｄＩ／ｄｔ）−ＩＲ） ――――――――（式１）
ここで、αは伝達常数、Ｖはコイルに印加された電圧、Ｉはコイルから検出した電流、Ｒはコイル抵抗、Ｌはコイルのインダクタンス、ｔは時間である。
【００１５】
上記の式１により、時間関数で検出された上記の電圧と電流から往復動ピストンの速度（ｖ）を計算し、この計算したピストンの速度を時間の関数として積分して上記のピストンの往復変位（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ）を計算し、この計算されたピストンの速度を時間の関数として微分して上記のピストンの加速度を計算する。
【００１６】
また、上記の方法で計算されたピストンの速度が“０”である時、ピストンの往復変位が検出される。
【００１７】
同時に、吸入状態（下死点方向に運動）の間、上記の往復変位と加速度及び電流を検出し、次の「式２」によりピストンの往復運動の終点で往復動ピストンの終端変位（ｅｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）（Ｘｃ）を計算する。
【００１８】
Ｘｃ ＝ｘｉ − ｘｏ ＋ （αａ／Ｋ）Ｉｏ − （Ｍ／Ｋ）Ａｏ ―――――――（式２）
ここで、ｘｉはピストンの速度が“０”であるときの往復変位、ｘｏは吸入状態で検出した往復変位、Ａｏは吸入状態でのピストンの加速度、Ｉｏは吸入状態で検出した電流値、Ｍは往復動体の質量（ｍａｓｓ）、Ｋはスプリングのスプリング常数である。
【００１９】
上記の計算された終端変位値（Ｘｃ）と前記の予め設定された終端変位値とを比較してエラー信号を出力する。
【００２０】
しかしながら、このような変位―電圧フィードバックを用いる従来の往復動式圧縮機の制御装置及び制御方法においては次のような問題があった。
第一に、ピストンの死点（ｄｅａｄ ｐｏｉｎｔ）の変位値のクリティカルな値を正確に計算せねばならないが故に、死点の変位値の計算が複雑であると誤差が発生する。即ち、前記（式１）と（式２）のような複雑な演算を行わねばならないため計算誤差が発生する。
【００２１】
第二に、このように複雑な演算を行うためには高価な装置（コンピュータなど）を使用する必要があるのでコストが増加することになる。
【００２２】
第三に、前記のアメリカ特許では、制御しようとする理想的な死点の変位値を予め設定した後、この予め設定した変位に近づくように電圧を制御するので、圧縮機を連続的に用いることになると機械的な摩耗などによって理想的な変位値が変化するにもかかわらず、圧縮機は予め設定した変位値を用いて制御されるので圧縮機の正確な制御が不可能である。
【００２３】
最近、特開平９−１１２４３８には、負荷の変動によりガスのスプリング常数が変化して共振周波数が変化しても効率が低下しないように共振周波数の変動によって運転周波数を調整する往復動式圧縮機の制御装置及び制御方法が開示されている。
【００２４】
図３は上記の特開平９−１１２４３８号に開示された従来の往復動式圧縮機の１つの制御装置ブロック図であり、図４は特開平９−１１２４３８で開示された従来の往復動式圧縮機の別の制御装置ブロック図である。
【００２５】
図３に示すように従来の往復動式圧縮機の制御装置は、圧縮機２７の駆動電源を供給するための出力電圧の周波数制御が可能な交流電源部２１と、この交流電源部２１から圧縮機２７に出力される出力電圧を検出するための電圧検出部２２と、交流電源部２１から圧縮機２７に流れる電流を検出するための電流検出部２３と、電圧検出部２２から検出された出力電圧と電流検出部２３から検出された電流との間の位相差を検出する位相検出部２４と、位相検出部２４から検出された位相差に応じて交流電源部２１の出力電圧の周波数を補正し、この周波数を圧縮機のピストン共振周波数に一致させる制御部２５と、を備えて構成される。
【００２６】
このような従来の往復動式圧縮機の制御方法は次の通りである。
【００２７】
交流電源部２１から往復動式圧縮機２７に駆動電力が供給されると往復動式圧縮機２７は駆動される。このとき、電圧検出部２２及び電流検出部２３が夫々圧縮機２７に印加される電圧及び電流を検出する。
【００２８】
位相検出部２４は上記の検出された電圧値（Ｖ）及び電流値（Ｉ）の波形の位相に基づいてタイミングを計算し、計算結果によって電圧Ｖに対する電流１の位相差（Ｄｐ）を計算する。
【００２９】
制御部２５は上記の位相差（Ｄｐ）に相当する周波数補正量（ΔＦ）を計算し、周波数制御量Ｆｆ（Ｆｆ＝Ｆｆ＋ΔＦ）に相当する周波数制御信号を交流電源部２１に出力する。
【００３０】
このようにして負荷の変動によってピストンの共振周波数（Ｆｃ）が変動しても交流電源部２１の出力電圧（Ｖ）の周波数（Ｆ）はいつも共振周波数（Ｆｃ）に一致するように制御される。
【００３１】
また、図４に示すような従来の往復動式圧縮機の制御装置は、圧縮機２７に駆動電源を供給するための出力電圧の周波数制御が可能な交流電源部２１と、交流電源部２１から圧縮機２７へ出力される出力電圧を検出する電圧検出部２２と、交流電源部２１から圧縮機２７に流れる電流を検出する電流検出部２３と、電圧検出部２２及び電流検出部２３の検出結果によって圧縮機２７のピストン速度を検出する速度検出部２６と、電流検出部２３で検出された電流と速度検出部２６で検出された速度との間の位相差を検出して、この検出した位相差に応じて交流電源部２１の出力電圧の周波数を補正し、この周波数を圧縮機のピストンの共振周波数に一致させる周波数調整部２８と、を備えて構成される。交流電源部２１は、ＤＣ電力を供給する直流電源部２１ａと、周波数調整部２８の制御信号によって直流電源部２１ａから出力される電圧の周波数を調整するためのインバータ２１ｂと、を備えている。
【００３２】
このような従来の往復動式圧縮機の制御方法は次のようである。
【００３３】
交流電源部２１から圧縮機に流れる電流Ｉの位相差（Ｄｐｉｅ）と電圧に対するピストンの速度の位相差（Ｄｐｖｅ）はピストンの共振周波数（Ｆｃ）に一致して０度となるべきである。また、駆動周波数（Ｆ）が共振周波数（Ｆｃ）よりも高い範囲では電流（Ｉ）が速度（ｖ）より位相が進み、駆動周波数（Ｆ）が共振周波数（Ｆｃ）より低い範囲では電流（Ｉ）が速度（ｖ）より位相が遅れる。従って、電流（Ｉ）が速度（ｖ）より位相が早い場合には駆動周波数が低くなるように、一方電流（Ｉ）が速度（ｖ）より位相が遅い場合には駆動周波数（Ｆ）が高くなるように、負荷によって変りうる共振周波数（Ｆｃ）を用いて圧縮機を制御する。
【００３４】
しかしながら、上記の日本の特許公開公報に開示された従来の往復動式圧縮機の制御装置及び方法においても次のような問題があった。
【００３５】
即ち、圧縮機に供給される電圧の周波数を調節するために高価な装置（インバータ）が必ず要求される。従って、部品価格が高くなるので安価な制御装置を提供できなかった。
（発明の開示）
本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するためのもので、安価で正確な圧縮機のピストンストローク制御の可能な往復動式圧縮機の制御装置及び制御方法を提供することが目的である。
【００３６】
上記目的を達成するための本発明による往復動式圧縮機の制御装置及び制御方法は、圧縮機のピストンストロークの波形と前記圧縮機に供給される電流波形との間の位相差によって圧縮機に印加される出力電圧を制御することを特徴とする。
【００３７】
本発明では往復動式圧縮機のピストンストロークのトップクリアランス（ｔｏｐ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ）はストロークと電流との間の位相差に依存して決定される。前記位相差が一番小さい時前記トップクリアランスがゼロとなる制御特性を有していることを研究を通じて発見した。
【００３８】
また、前記ストロークと電流との間の位相差は、前記ストロークの変化のパターンと電流の変化のパターンだけによって正確に検出できるという長所を見出した。前記ストロ−クの変化だけの検出が要求されるということは正確な装置が不要であるということを示しているもので重要な発見であった。
【００３９】
前記の研究結果は安価で正確にピストンストロークを制御できる往復動式圧縮機の制御装置を提供できる。即ち、出力電圧の大きさを決定するための基準として圧縮機のモータに供給される電流の位相と前記ストロークの位相との間の位相差がその変曲点に設定され、前記設定した位相差を有する時の入力電圧を目標出力電圧として決定して指令するようにする制御装置を達成できる。
【００４０】
上記目的を達成するための本発明の一態様では、往復動式圧縮機の制御装置は、制御信号によって点弧角を変えて往復動式圧縮機を駆動する駆動部と、前記圧縮機に供給される電流に相当する矩形波を出力する電流位相検出部と、前記圧縮機のストロークに相当する矩形波を出力するストローク位相検出部と、前記電流位相検出部から生成された矩形波と前記ストローク位相検出部から生成された矩形波との間の位相差によって前記駆動部の点弧角を制御する制御部と、を含んでなることを特徴とする。
【００４１】
前記電流位相検出部は前記圧縮機に供給される電流を検出し、該検出された電流値を出力する電流検出部と、前記電流検出部で検出された電流に相当する第１矩形波を発生させる第１矩形波発生部と、を含んでなることが望ましい。
【００４２】
前記電流位相検出部は前記電流検出部で検出された電流を積分して該積分された電流を前記第１矩形波発生部に出力する積分部を更に含んでなることが望ましい。
【００４３】
前記ストローク位相検出部は前記圧縮機に印加される電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部で検出された電圧と前記電流検出部で検出された電流とに基づいて前記ストロークを演算するストローク演算部と、前記ストローク演算部で演算した前記ストロークに相当する第２矩形波を発生して該第２矩形波を前記制御部に出力する第２矩形波発生部と、を含んでなることが望ましい。
【００４４】
前記制御部は前記電流位相検出部から出力される電流波形と前記ストローク位相検出部から出力されるストローク波形との間の位相差を測定する位相差測定部と、前記位相差測定部で測定した位相差の大きさによって目標出力電圧を決定する出力電圧指令部と、を含んでなることが望ましい。
【００４５】
前記出力電圧指令部は、前記位相差測定部で測定した位相差を格納する位相差格納部と、前記位相差測定部で測定した位相差を前記位相差格納部に格納された位相差と比較する位相差比較部と、前記位相差比較部での比較結果によって前記圧縮機に供給される電圧を決定し前記位相差格納部のライトイネーブル信号（ｗｒｉｔｅ ｅｎａｂｌｅ ｓｉｇｎａｌ ）を出力する決定部と、を具備して構成されることが望ましい。
【００４６】
前記決定部は前記位相差が一番小さいときピストンのトップクリアランスがゼロであると判断することが望ましい。
【００４７】
前記決定部は前記位相差測定部で測定された位相差が前記位相差格納部に格納された位相差より小さいとき前記位相差測定部で測定した位相差を前記位相差格納部が格納するようにライトイネーブル信号を出力することが望ましい。
【００４８】
前記駆動部は、制御信号によって前記圧縮機に電源を供給するトライアックを具備し、前記制御部から出力された制御信号に従って、前記圧縮機のストロークを調節するために点弧角を制御する信号を前記トライアックに出力する位相制御部を含んでなることが望ましい。
【００４９】
前記トライアックは前記位相制御部から出力される点弧角に従って前記電源をスイチングすることが望ましい。
【００５０】
前記制御装置は、前記駆動部から供給される電源電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部を更に含んでなることが望ましい。
【００５１】
また、前記のような目的を達成するための本発明のもう一つの態様では、往復動式圧縮機の制御方法は、ａ）点弧角を変えて圧縮機を駆動し、点弧角が変えられるときに前記圧縮機に供給される電流の位相と前記圧縮機のストロークの位相との間の位相差を測定する段階と、ｂ）前記測定した複数の位相差を互いに比較して前記位相差の変曲点に相当する点弧角で前記圧縮機を駆動する段階と、を含んでなることを特徴とする。
【００５２】
前記変曲点は位相差の最小点であることが望ましい。
【００５３】
前記電流位相は、前記圧縮機に供給される電流を検出し、該検出した電流を積分して生成されることが望ましい。
【００５４】
前記ストローク位相は、前記圧縮機に供給される電圧と電流を検出し、前記検出した電圧と電流を用いて前記ストロークを推定した後該推定された値に相当するパルスとして出力されることが望ましい。
【００５５】
前記段階ａは、初期点弧角で圧縮機を駆動して測定した位相差を格納する段階と、前記点弧角を所望の方向に変えて位相差を測定する段階と、該測定した位相差と既に格納されている位相差とを比較する段階と、前記の測定した位相差が既に格納されている位相差より小さければ前記格納されている位相差を測定した位相差に置換する段階とを含み、前記方向と同一方向に点弧角を変えて前記測定、比較及び置換する段階を反復することが望ましい。
【００５６】
前記制御方法は、前記測定した位相差が、前記初期に格納された位相差より大きいとその前に変化させた方向と反対方向に点弧角を変える段階を更に含んでなることが望ましい。
【００５７】
前記圧縮機は、前記測定された位相差が既に格納されている位相差より大きいとその前段階の点を変曲点として認識して制御されることが望ましい。
【００５８】
前記段階ａで、初期に十分に小さい値の電流が前記圧縮機に供給されるように点弧角を設定し、次第に大きな値の電流が前記圧縮機に供給されるように点弧角を変化させて位相差を測定し、前記段階ｂで、前記測定した位相差が既に格納されている位相差より大きい時、その前段階の点弧角を前記変曲点として認識して圧縮機を制御することが望ましい。
【００５９】
また、前記のような目的を達成するための本発明の更に別の態様では、往復動式圧縮機の制御方法は、ａ）所望の点弧角で圧縮機を駆動して、前記圧縮機に供給される電流に相当する第１矩形波と前記圧縮機の推定されたストロークに相当する第２矩形波との間の位相差を測定して格納する段階と、ｂ）前記点弧角を所望の方向に変えて前記圧縮機を駆動し、前記圧縮機に供給される電流に相当する第１矩形波と前記圧縮機の推定されたストロークに相当する第２矩形波との間の位相差を測定する段階と、ｃ）前記格納された位相差と測定された位相差とを比較して、前記測定された位相差が、既に格納されている位相差より大きいと反対方向に点弧角を変化させ、前記測定された位相差が既に格納されている位相差より小さいと、前記既に格納されている位相差を前記測定された位相差に置換して格納し、同一方向に前記点弧角を変化させる段階と、ｄ）前記の段階ｂとｃを反復して前記位相差が変曲する点で前記圧縮機を駆動する段階と、を含んでなることを特徴とする。
【００６０】
また、前記のような目的を達成するための本発明の更に別の態様では、往復動式圧縮機の制御方法は、ａ）初期点弧角で圧縮機を駆動して、前記圧縮機に供給される電流に相当する第１矩形波と前記圧縮機のストロークに相当する第２矩形波との間の位相差を測定して格納する段階と、ｂ）前記点弧角を変えて前記圧縮機を駆動して、前記第１矩形波と第２矩形波との間の位相差を測定する段階と、ｃ）前記格納された位相差と測定した位相差とを比較して前記測定した位相差が格納された位相差より小さくなるように点弧角を変化させて該位相差が最小になる点弧角で前記圧縮機を制御する段階と、を含んでなることを特徴とする。
【００６１】
また、前記のような目的を達成するための本発明の更に別の態様では、往復動式圧縮機の制御方法は、ａ）ある特定の点弧角で前記圧縮機を駆動して前記圧縮機に供給される電流に相当する第１矩形波を発生する段階と、ｂ）前記圧縮機のストロークに相当する第２矩形波を発生する段階と、ｃ）前記第１と第２矩形波の間の位相差によって前記点弧角を調節して圧縮機の駆動を制御する段階と、を含んでなることを特徴とする。
【００６２】
ここで、前記段階ｃでは、前記第１矩形波と第２矩形波との間の位相差によってトップクリアランスが最小になるようにピストンの位置を制御するための制御信号が出力されることが望ましい。
【００６３】
また、前記のような目的を達成するための本発明の更に別の態様では、往復動式圧縮機の制御方法は、ａ）負荷に相当する電流とストロークとの間の位相差をテーブル化して格納する段階と、ｂ）現在の負荷を測定し、測定した負荷に相当する位相差を前記テーブルで読み出す段階と、ｃ）初期点弧角で前記圧縮機を駆動して該圧縮機に供給される電流と圧縮機のストロークとの間の位相差を測定する段階と、ｄ）前記測定した位相差と前記読み出された位相差とを比較して前記測定した位相差が前記読み出された位相差に近接するように前記点弧角を変える段階と、を含んでなることを特徴とする。
【００６４】
ここで、前記段階ｃは、前記圧縮機に供給される電流を検出して該電流に相当する第１矩形波を発生する段階と、前記圧縮機に印加される電圧を検出する段階と、前記検出された電圧と電流を用いて前記圧縮機のストロークを演算する段階と、前記演算されたストロークに相当する第２矩形波を発生する段階と、前記第１矩形波と第２矩形波との間の位相差を測定する段階と、を含んでなることが望ましい。
【００６５】
前記第１矩形波は前記検出された電流を積分することによって発生される。
【００６６】
前記段階ｃで、前記圧縮機に供給される電流と前記圧縮機のストロークとの間の位相差が前記読み出された位相差より十分に大きくなるように前記初期点弧角を設定し、前記段階ｄは、前記圧縮機に供給される電流と前記圧縮機のストロークとの間の位相差が次第に小さくなるように前記点弧角を制御して、前記測定した位相差を読み出された位相差と比較し、前記測定した位相差が読み出された位相差より小さくなる瞬間に、以前段階の点弧角で圧縮機を制御することが望ましい。
（発明を実施するための最良の形態）
本発明の前述の目的、その他の特徴や利点は添付図面を参照してその好適実施例を説明することによってより明らかになる。
【００６７】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適実施例を詳細に説明する。
【００６８】
図５は本発明の第１の好適実施例による往復動式圧縮機の制御装置ブロック図であり、図６は図５の制御部の詳細ブロック図である。
【００６９】
本発明の第１実施例による往復動式圧縮機の制御装置は、図５に示すように常用電源（ＡＣ１００〜２００Ｖ）を供給する電源１００と、電源１００から供給される常用電源を制御信号に応じてスイッチングして圧縮機のモータ４０に供給するトライアック（ＴＲＩＡＣ ）１１０と、トライアック１１０を通じて圧縮機に供給される電流を検出し、この検出された電流に相当する第１矩形波を発生する電流位相検出部３０と、トライアック１１０から供給される常用電源によって圧縮機のシリンダ内のピストンを往復運動させるモータ４０と、ピストンの直線運動による位置に相当する第２矩形波を出力するストローク位相検出部５０と、電源１００から供給される常用電源のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部６０と、電流位相検出部３０から生成された第１矩形波とストローク位相検出部５０から生成された第２矩形波との間の位相差によってピストンの位置を制御するための制御信号を出力する制御部７０と、この制御部７０から出力された制御信号によって圧縮機のストロークを調節するための点弧角を制御する信号をトライアック１１０に出力する位相制御部８０と、を備えて構成される。
【００７０】
ここで、電流位相検出部３０は、トライアック１１０によってスイッチングされて圧縮機のモータ４０に供給される電流を検出する電流検出部３１と、この電流検出部３１から検出された電流を積分する積分部３２と、積分部３２で積分した電流に相当する第１矩形波を発生する第１矩形波発生部３３と、を備えて構成される。
【００７１】
また、ストローク位相検出部５０は、圧縮機のモータに供給されるモータの電圧を検出する電圧検出部５３と、電圧検出部５３で検出された電圧値と電流検出部３１で検出された電流値とからピストンの往復運動によるストロークを演算するストローク演算部５１と、ストローク演算部５１で演算されたストロークに相当する第２矩形波を発生する第２矩形波発生部５２と、を備えて構成される。
【００７２】
また、制御部７０は電流位相検出部３０から出力される第１矩形波とストローク位相検出部５０から出力される第２矩形波との間の位相差を測定する位相差測定部７１と、制御信号によって位相差測定部７１から測定された位相差を格納する位相差格納部７２と、位相差格納部７２に格納された位相差と位相差測定部７１で測定した位相差とを比較する位相差比較部７３と、位相差比較部７３で比較した結果によって点弧角の大きさを決定し、また位相差格納部７２の格納イネーブル信号を出力する決定部７４と、を備えて構成される。
【００７３】
このように構成された本発明による往復動式圧縮機の制御方法を説明する。
【００７４】
図７の（ａ）ないし（ｈ）は図５の各部出力波形を示す図であり、図８の（ａ）、（ｂ）は本発明による電流位相とストローク位相との間の位相差を示す図である。
【００７５】
図９は本発明による電流位相とストローク位相との任意の圧力における変化を示す図である。
【００７６】
図１０は本発明の第１実施例による往復動式圧縮機の制御方法を示すフロー図で、最大効率を得るための制御動作のフロー図である。
【００７７】
先ず、本発明の第１実施例の圧縮機制御方法を説明する。
【００７８】
電源１００から図７（ａ）のように一定周波数を有する常用電源が供給されている状態で、往復動式圧縮機の駆動初期に位相制御部８０により図７（ｂ）に示すようなある特定の点弧角に従ったトリガ信号をトライアック１１０に印加して圧縮機のモータ４０を駆動させる（１Ｓ）。
【００７９】
また、圧縮機のモータ４０に供給される電源の電流及び電圧を電流検出部３１及び電圧検出部５３によって各々検出する（２Ｓ）。このとき、電流検出部３１で検出される電流は図７（ｃ）に示すように検出され、電圧検出部５３で検出される電圧は図７（ｄ）に示すように検出される（モータの逆起電力）。
【００８０】
従って、電流位相検出部３０で検出した上記電流に相当する第１矩形波は制御部７０に出力される（３Ｓ）。
【００８１】
即ち、電流位相検出部３０の積分部３２は電流検出部３１で検出された電流を図７（ｅ）に示すように積分して出力し、第１矩形波発生部３３は上記の積分値に相当する第１矩形波を図７の（ｆ）に示すように発生して制御部７０に出力する。
【００８２】
この時、ストローク位相検出部５０はピストンの往復運動によるストロークを推定して（４Ｓ）、往復動ピストンの位置によって周波数は一定で、振幅が変わる交流電圧波形を発生し、この交流電圧波形に相応する第２矩形波を発生する（５Ｓ）。
【００８３】
即ち、ストローク演算部５１は次の式によってストロークを推定する。
【００８４】
【数１】

Figure 2004522063
【００８５】
ここで、Ｖｍはモータの両端電圧、ｉはモータに供給される電流、Ｒはモータコイルの抵抗、Ｌはモータコイルのインダクタンスである。
【００８６】
ストローク位相検出部５０のストローク演算部５１は図７の（ｇ）に示すようにピストンの往復運動による位置によって、周波数は一定に維持され振幅が変化する交流電圧波形を発生し、第２矩形波発生部５２は図７の（ｈ）に示すようにストローク演算部５１で発生した交流電圧波形に相当する第２矩形波を発生する。
【００８７】
また、ゼロクロス検出部６０は電源１００から供給されるＡＣ２２０Ｖのゼロクロスを検出する。
【００８８】
これによって、制御部７０はゼロクロス検出部６０の信号を用いて電流位相検出部３０で出力した第１矩形波とストローク位相検出部５０で出力した第２矩形波との間の位相差を測定し（６Ｓ）、測定した位相差と既に格納されている位相差とを比較して（７Ｓ〜１０Ｓ）、その比較結果によってピストンの位置を制御するための信号を出力する（１１Ｓ〜１５Ｓ）。
【００８９】
即ち、制御部７０の位相差測定部７１は図８の（ａ）に示すような電流位相検出部３０で出力された第１矩形波と、図８の（ｂ）に示すような、ストローク位相検出部５０から出力された第２矩形波との間の位相差Ｄを測定する（６Ｓ）。即ち、第２矩形波の下降エッジと第１矩形波の下降エッジとの間隔（Ｄ１）、第２矩形波の下降エッジと第１矩形波の上昇エッジとの間隔（Ｄ２）、第２矩形波の上昇エッジと第１矩形波の下降エッジとの間隔（Ｄ３）、又は第２矩形波の上昇エッジと第１矩形波の上昇エッジとの間隔（Ｄ４）の中、いずれの位相差を検出してもよい。
【００９０】
このとき、初期には既に格納されている位相差はないので（７Ｓ）測定した位相差を位相差格納部７２に格納し（８Ｓ）、ある特定の方向に点弧角を変えて圧縮機を駆動し（９Ｓ）、上記の過程（２Ｓ−７Ｓ）を反復する。
【００９１】
このような過程の反復により位相差が新しく測定されると（７Ｓ）、制御部７０の位相差比較部７３は現在測定した位相差と既に格納されている位相差とを比較し（１０Ｓ）、制御部７０の決定部７４はこの比較結果によって点弧角の可変方向を制御するための信号を出力すると同時に、位相差格納部７２が現在測定した位相差を格納するか否かを指令するイネーブル信号を出力する。従って、位相制御部８０は制御部７０の決定部７４で出力された制御信号によってトライアック１１０の点弧角を調節する。
【００９２】
即ち、制御部７０は現在測定した位相差と既に格納されている位相差とを比較して（１０Ｓ）現在測定した位相差が既に格納されている位相差より小さいと（１１Ｓ）、現在測定した位相差を新しく格納し（１２Ｓ）、その前に変えた方向に点弧角を変えるように指令する制御信号を位相制御部８０に出力して点弧角を変える（１３Ｓ）。例えば、上記の変えられた点弧角が大きい方向に変えられたものであると、点弧角を更に大きくし、また上記の変えられた点弧角の方向が小さい方向に変えられたものであると点弧角を更に小さくする。
【００９３】
反対に、現在測定した位相差と既に格納されている位相差とを比較して（１０Ｓ）、現在測定した位相差が既に格納されている位相差より大きいと（１１Ｓ）、現在測定した位相差は格納せずに既に格納されている位相差をそのまま維持する。この場合はその前に変えられた方向とは反対の方向に点弧角を変えるように指令する制御信号を位相制御部８０に出力して点弧角を変える（１４Ｓ）。例えば、上記の変えられた点弧角が大きい方向に変えられたものであると点弧角を小さくし、上記の変えられた点弧角が小さい方向に変えられたものであると点弧角を大きくする。
【００９４】
このような過程を継続して繰り返して既に格納されている位相差と現在測定した位相差とが互に同じになるように制御すると（１１Ｓ、１４Ｓ）、最大効率が得られるように圧縮機のストロークが制御される。
【００９５】
図９は位相差が最小となる点（変曲点）を示す。この位相差が最小となる点がピストンのトップクリアランス（ｔｏｐ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ）がゼロであると判断される。
【００９６】
上記の位相制御において、最初の点弧角が十分に大きい値で圧縮機を駆動する場合には点弧角が次第に小さくなるように点弧角を変化させて制御し、ある時点で位相差が大きくなる場合に、その前段階で制御された点弧角によって圧縮機を制御する。即ち、圧縮機をこの変曲点での点弧角によって制御する。
【００９７】
これによってトライアック１１０は位相制御部８０から出力された点弧角に従って、電源１００から供給される電圧をスイッチングし、上記の過程を反復遂行して制御部７０はトップクリアランスが最小となるように圧縮機のピストンを制御する。
【００９８】
本発明の第２実施例の往復動式圧縮機の制御方法は次の通りである。
【００９９】
図１１は本発明の第２実施例による往復動式圧縮機の制御方法で、負荷に依存してストロークを制御する制御方法のフロー図である。
【０１００】
本発明の第２実施例の往復動式圧縮機の制御方法は、負荷に依存して、圧縮機のピストンストロークを制御するもので、負荷が小さいと圧縮機のピストンストロークが小さくなるように調節し、負荷が大きいとピストンのストロークが大きくなるように調節する方法である。従って、トップクリアランスを最小にするものではなく、負荷に応じたトップクリアランスを有するように圧縮機を制御するものである。
【０１０１】
即ち、数回の実験を通じて圧縮機に作用する負荷に依存するピストンのストロークに相当する電流位相とストローク位相との間の位相差をテーブル化して格納する（２１Ｓ）。
【０１０２】
また、冷蔵庫の負荷を制御部７０が測定する（２２Ｓ）。ここで、圧縮機の負荷を測定する方法は現在公知の方法を用いる。
【０１０３】
即ち、冷蔵庫内の温度を検出したり、熱交換器に通って流れる冷媒の温度を検出したり、あるいは冷蔵庫の周辺温度を検出したりして負荷を測定する。このように測定した負荷に相当する上記の位相差を上記のテーブルから読み出す（２３Ｓ）。
【０１０４】
位相制御部８０が特定の点弧角に相当するトリガ信号をトライアック１１０に印加して圧縮機のモータを駆動する（２４Ｓ）。
【０１０５】
また、圧縮機のモータに供給される電源の電流及び電圧を電流検出部３１及び電圧検出部５３で各々測定する（２５Ｓ）。従って、電流位相検出部３０で検出した電流に相当する第１矩形波が制御部７０に出力される（２６Ｓ）。
【０１０６】
このときストローク位相検出部５０はピストンの往復運動によるストロークを推定して（２７Ｓ）交流電圧波形を発生し、この交流電圧波形に相当する第２矩形波を発生する（２８Ｓ）。
【０１０７】
ストローク演算部５１は次の式によってストローク推定する。
【０１０８】
【数２】
Figure 2004522063
【０１０９】
ここでＶｍはモータの両端電圧、ｉは、モータに供給される電流、Ｒはモータコイルの抵抗、Ｌはモータコイルのインダクタンスである。
【０１１０】
また、ゼロクロス検出部６０は電源１００から供給されるＡＣ２２０Ｖのゼロクロスを検出する。
【０１１１】
制御部７０は電流位相検出部３０で出力された第１矩形波とストローク位相検出部５０で出力された第２矩形波の間の位相差βを測定し（２９Ｓ）、測定した位相差βと前記のテーブルから読み出された現在負荷に相当した位相差αとを比較する（３０Ｓ）。
【０１１２】
上記の読み出された位相差αが測定した位相差βより小さい場合（３１Ｓ）には電流位相検出部３０で検出された電流位相とストローク位相検出部５０で検出されたストローク位相の間の位相差が小さくなるようにトライアック１１０の点弧角を変化させる（３２Ｓ）。もし、上記の読み出された位相差αが測定した位相差βより大きい場合（３１Ｓ）には電流位相検出部３０で検出された電流位相とストローク位相検出部５０で検出されたストローク位相の間の位相差が大きくなるようにトライアック１１０の点弧角を変化させる（３３Ｓ）。このとき、点弧角を変える方法は本発明の第１実施例の説明と同様である。
【０１１３】
このような過程を反復して、負荷に相当した位相差と測定した位相差が同じになるように制御すると（２５Ｓ〜３３Ｓ）、負荷に適したストロークで動作するように圧縮機を制御できる。
【０１１４】
以上本発明の好適な実施形態に対して説明したが、このような実施形態のものに限定されるわけではなく、本発明の技術思想に基づいて種々の変形又は変更が可能である。
（産業上の利用可能性）
以上の説明から明らかなように、本発明の往復動式圧縮機の制御装置及び方法によると、次のような効果がある。
【０１１５】
第一に、位相制御によって生ずる電流の矩形波とストロークの矩形波との間の位相差の情報に従ってトップクリアランスが最小となるようにシリンダ内のピストンの位置を制御するようにすることによって、複雑な演算が不要となるので、安価で最大の効率を有するように往復動式圧縮機を制御できるだけではなくその信頼性を向上させることができる。
【０１１６】
第二に、負荷に応じたストロークによって圧縮機を制御するので圧縮機を一定時間の間駆動、停止する必要がないので圧縮機の寿命を延長できるだけではなく圧縮機の駆動による騒音を最小化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
アメリカ特許第５３４２１７６号に開示された往復動式圧縮機の構造を示す断面図である。
【図２】
図１の圧縮機のピストンストロークを制御する圧縮機制御装置を示すブロック図である。
【図３】
日本の特開平第９−１１２４３８号に開示された従来の往復動式圧縮機の制御装置のブロック図である。
【図４】
日本の特開平第９−１１２４３８号に開示された従来の往復動式圧縮機の別の制御装置のブロック図である。
【図５】
本発明の第１実施例による往復動式圧縮機の制御装置のブロック図である。
【図６】
図５の本発明の第１実施例による制御部の詳細ブロック図である。
【図７】
（ａ）〜（ｈ）は、本発明による図５の各部出力波形を示す図である。
【図８】
（ａ）、（ｂ）は本発明による電流位相とストローク位相との間の位相差を示す図である。
【図９】
本発明による電流位相とストローク位相との任意の圧力における変化を示す図である。
【図１０】
本発明の第１実施例による往復動式圧縮機の制御方法を示すフロー図である。
【図１１】
本発明の第２の好適実施例による往復動式圧縮機の制御方法を示すフロー図で、ストロークを負荷に依存して制御する場合を示す図である。[0001]
(Technical field)
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reciprocating compressor, and more particularly, to a reciprocating compressor control apparatus and method for controlling an output voltage based on a phase difference between a piston stroke waveform and a current waveform of the reciprocating compressor. About.
(Background technology)
Recently, reciprocating compressors for compressing refrigerant gas in refrigerators and the like have been developed.
[0002]
U.S. Pat. No. 5,342,176 discloses a reciprocating compressor using a linear motor and a method for controlling the piston stroke of the reciprocating compressor. This will be briefly described with reference to the accompanying drawings.
[0003]
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a reciprocating compressor disclosed in U.S. Pat. No. 5,342,176, and FIG. 2 is a compressor control device for controlling a piston stroke of the compressor of FIG. It is a block diagram shown.
[0004]
In the conventional reciprocating compressor, as shown in FIG. 1, a force is generated in a magnet 4 by a magnetic field generated by an electric current supplied to a coil 5 wound on the reciprocating motor, and the movement of the piston causes the piston 1 to move. The piston 1 reciprocates in the cylinder 2 in response to the force of the magnet acting on the piston 1 connected by the yoke 3 as transmitted by the linking yoke to the spring 6 having the spring constant K. During the downward movement of the piston 1, gas or steam is sucked into the cylinder through the check valve 7 at a suction pressure which is the pressure of the surrounding space 9 and the pressure of the lower part of the internal space 10 of the compressor. During upward movement of the piston, the gas or vapor of the cylinder is initially compressed until the pressure of the cylinder exceeds its exhaust pressure, i.e. the pressure in the exhaust pipe 11 at which the check valve 8 opens, at which the piston By continuing the upward movement of the gas or vapor is pushed into the exhaust pipe.
[0005]
The control device of the conventional reciprocating compressor as described above will be described as follows.
[0006]
As shown in FIG. 2, the reciprocating compressor includes a voltage detecting unit 13 connected to an input terminal of a coil 5 of the motor and detecting a voltage applied to the coil of the motor as a function of time. A current detector 12 connected to the coil 5 for detecting the current passing through the coil as a function of time, and calculating the speed of the piston using the voltage and current values detected by the voltage detector 13 and the current detector 12 Then, a computer 14 for calculating the piston stroke from the speed of the piston, comparing the stroke value calculated by the computer 14 with a preset voltage value, and compensating for the difference between the stroke value and the preset voltage value. And a command unit 15 for determining the target output voltage and instructing the same to the drive unit 16 as described above.
[0007]
The control method of such a conventional reciprocating compressor will be described below.
[0008]
First, a predetermined end displacement value (a value of a top dead point and a value of a bottom dead point) is input.
[0009]
Further, power is supplied to the motor of the compressor to a specific value, and the voltage and the current supplied to the coil of the reciprocating compressor are detected as time functions.
[0010]
The displacement value of the piston is measured using the detected voltage and current value.
[0011]
The measured displacement value is compared with a preset displacement value, and an error signal based on the comparison is output.
[0012]
The voltage supplied to the motor coil is changed according to the error signal so as to minimize the error signal.
[0013]
The method of comparing the above-mentioned preset displacement value with the above-mentioned piston displacement measurement value to output the above-mentioned error signal is as follows.
[0014]
v = (1 / α) (V−L (dI / dt) −IR) (Equation 1)
Here, α is the transmission constant, V is the voltage applied to the coil, I is the current detected from the coil, R is the coil resistance, L is the inductance of the coil, and t is the time.
[0015]
The reciprocating piston speed (v) is calculated from the voltage and current detected by the time function according to the above equation 1, and the calculated piston speed is integrated as a function of time to calculate the reciprocating displacement of the piston. (Alternating component of displacement) is calculated, and the acceleration of the piston is calculated by differentiating the calculated piston speed as a function of time.
[0016]
When the speed of the piston calculated by the above method is "0", the reciprocal displacement of the piston is detected.
[0017]
At the same time, during the suction state (movement in the direction of bottom dead center), the reciprocating displacement, acceleration and current are detected, and the end displacement of the reciprocating piston is determined at the end point of the reciprocating motion of the piston according to the following “Equation 2”. ) Calculate (Xc).
[0018]
Xc = x i −x o + (Αa / K) I o -(M / K) A o ――――――― (Equation 2)
Where x i Is the reciprocal displacement when the piston speed is "0", x o Is the reciprocating displacement detected in the inhalation state, A o Is the acceleration of the piston in the suction state, I o Is a current value detected in a suction state, M is a mass of the reciprocating body, and K is a spring constant of the spring.
[0019]
An error signal is output by comparing the calculated end displacement value (Xc) with the preset end displacement value.
[0020]
However, the conventional control device and control method for a reciprocating compressor using such displacement-voltage feedback have the following problems.
First, since the critical value of the displacement value of the dead point of the piston must be accurately calculated, an error occurs when the calculation of the displacement value of the dead point is complicated. That is, since a complicated operation such as the above (Equation 1) and (Equation 2) must be performed, a calculation error occurs.
[0021]
Second, to perform such a complicated operation, it is necessary to use an expensive device (such as a computer), which increases the cost.
[0022]
Thirdly, in the above-mentioned U.S. Patent, since a displacement value of an ideal dead center to be controlled is set in advance, and the voltage is controlled so as to approach the preset displacement, the compressor is continuously used. Even if the ideal displacement value changes due to mechanical wear or the like, the compressor is controlled using a preset displacement value, so that accurate control of the compressor is impossible.
[0023]
Recently, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 9-112438 discloses a reciprocating compressor in which the operating frequency is adjusted by changing the resonance frequency so that the efficiency does not decrease even if the spring constant of the gas changes due to the change in load and the resonance frequency changes. A control device and a control method are disclosed.
[0024]
FIG. 3 is a block diagram of one control device of the conventional reciprocating compressor disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-112438, and FIG. FIG. 12 is a block diagram of another control device of the machine.
[0025]
As shown in FIG. 3, a conventional reciprocating compressor control device includes an AC power supply unit 21 capable of controlling the frequency of an output voltage for supplying a drive power supply for a compressor 27, A voltage detection unit 22 for detecting an output voltage output to the compressor 27; a current detection unit 23 for detecting a current flowing from the AC power supply unit 21 to the compressor 27; and an output detected from the voltage detection unit 22. A phase detector 24 for detecting a phase difference between the voltage and the current detected by the current detector 23, and correcting the frequency of the output voltage of the AC power supply 21 according to the phase difference detected by the phase detector 24 And a control unit 25 that matches this frequency with the piston resonance frequency of the compressor.
[0026]
The control method of such a conventional reciprocating compressor is as follows.
[0027]
When driving power is supplied from the AC power supply unit 21 to the reciprocating compressor 27, the reciprocating compressor 27 is driven. At this time, the voltage detection unit 22 and the current detection unit 23 detect the voltage and the current applied to the compressor 27, respectively.
[0028]
The phase detector 24 calculates the timing based on the phases of the detected waveforms of the voltage value (V) and the current value (I), and calculates the phase difference (Dp) of the current 1 with respect to the voltage V based on the calculation result. .
[0029]
The control unit 25 calculates a frequency correction amount (ΔF) corresponding to the phase difference (Dp), and outputs a frequency control signal corresponding to the frequency control amount Ff (Ff = Ff + ΔF) to the AC power supply unit 21.
[0030]
In this way, even if the resonance frequency (Fc) of the piston fluctuates due to the fluctuation of the load, the frequency (F) of the output voltage (V) of the AC power supply unit 21 is controlled to always match the resonance frequency (Fc). .
[0031]
A conventional reciprocating compressor control device as shown in FIG. 4 includes an AC power supply unit 21 capable of controlling the frequency of an output voltage for supplying drive power to a compressor 27, and an AC power supply unit 21. A voltage detection unit 22 that detects an output voltage output to the compressor 27, a current detection unit 23 that detects a current flowing from the AC power supply unit 21 to the compressor 27, and detection results of the voltage detection unit 22 and the current detection unit 23. And a phase difference between the current detected by the current detecting unit 23 and the speed detected by the speed detecting unit 26, and a phase difference between the detected speed and the detected speed. A frequency adjusting unit that corrects the frequency of the output voltage of the AC power supply unit according to the phase difference and matches this frequency with the resonance frequency of the piston of the compressor. The AC power supply unit 21 includes a DC power supply unit 21a that supplies DC power, and an inverter 21b that adjusts the frequency of a voltage output from the DC power supply unit 21a according to a control signal of the frequency adjustment unit 28.
[0032]
The control method of such a conventional reciprocating compressor is as follows.
[0033]
The phase difference (Dpve) of the current I flowing from the AC power supply unit 21 to the compressor and the phase difference (Dpve) of the speed of the piston with respect to the voltage should be 0 degrees in accordance with the resonance frequency (Fc) of the piston. Further, in the range where the driving frequency (F) is higher than the resonance frequency (Fc), the phase of the current (I) leads the speed (v), and in the range where the driving frequency (F) is lower than the resonance frequency (Fc), the current (I). ) Is delayed in phase from velocity (v). Therefore, when the phase of the current (I) is earlier than the speed (v), the driving frequency becomes lower, while when the phase of the current (I) is later than the speed (v), the driving frequency (F) becomes higher. Thus, the compressor is controlled using a resonance frequency (Fc) that can vary depending on the load.
[0034]
However, the conventional reciprocating compressor control device and method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Publication have the following problems.
[0035]
That is, an expensive device (inverter) is always required to adjust the frequency of the voltage supplied to the compressor. Therefore, the cost of the parts is increased, so that an inexpensive controller cannot be provided.
(Disclosure of the Invention)
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a control device and a control method of a reciprocating compressor capable of controlling the piston stroke of the compressor at low cost and accurately. is there.
[0036]
In order to achieve the above object, a control device and a control method of a reciprocating compressor according to the present invention provide a compressor with a phase difference between a piston stroke waveform of a compressor and a current waveform supplied to the compressor. It is characterized in that the applied output voltage is controlled.
[0037]
In the present invention, the top clearance of the piston stroke of the reciprocating compressor is determined depending on the phase difference between the stroke and the current. It has been found through research that the top clearance has a control characteristic of being zero when the phase difference is the smallest.
[0038]
In addition, the present inventors have found an advantage that the phase difference between the stroke and the current can be accurately detected only by the change pattern of the stroke and the change pattern of the current. The fact that the detection of only the change in the stroke was required was an important finding, indicating that an accurate device was not required.
[0039]
The above research results can provide a controller for a reciprocating compressor that can control the piston stroke accurately at a low cost. That is, the phase difference between the phase of the current supplied to the motor of the compressor and the phase of the stroke is set as the inflection point as a reference for determining the magnitude of the output voltage, and the set phase difference is set. A control device can be achieved in which the input voltage at the time of having is determined as the target output voltage and commanded.
[0040]
In one embodiment of the present invention to achieve the above object, a control device for a reciprocating compressor includes a driving unit that drives a reciprocating compressor by changing a firing angle by a control signal, and supplies the driving unit with the driving unit. A current phase detector that outputs a rectangular wave corresponding to the current to be applied, a stroke phase detector that outputs a rectangular wave corresponding to the stroke of the compressor, a rectangular wave generated from the current phase detector, and the stroke. A control unit that controls a firing angle of the drive unit based on a phase difference between the rectangular wave generated by the phase detection unit and the rectangular wave.
[0041]
The current phase detector detects a current supplied to the compressor and generates a first rectangular wave corresponding to the current detected by the current detector that outputs the detected current value. And a first rectangular wave generating section.
[0042]
Preferably, the current phase detector further includes an integrator that integrates the current detected by the current detector and outputs the integrated current to the first rectangular wave generator.
[0043]
The stroke phase detector is a voltage detector that detects a voltage applied to the compressor, and calculates the stroke based on the voltage detected by the voltage detector and the current detected by the current detector. A stroke calculating unit; and a second rectangular wave generating unit that generates a second rectangular wave corresponding to the stroke calculated by the stroke calculating unit and outputs the second rectangular wave to the control unit. Is desirable.
[0044]
The control unit measures the phase difference between a current waveform output from the current phase detection unit and a stroke waveform output from the stroke phase detection unit, and a phase difference measurement unit that measures the phase difference. An output voltage command unit that determines a target output voltage according to the magnitude of the phase difference.
[0045]
The output voltage command unit is configured to store a phase difference measured by the phase difference measurement unit, and to compare the phase difference measured by the phase difference measurement unit with the phase difference stored in the phase difference storage unit. A phase difference comparing unit, and a determining unit that determines a voltage to be supplied to the compressor based on a comparison result of the phase difference comparing unit and outputs a write enable signal of the phase difference storage unit. It is desirable to have it.
[0046]
It is preferable that the determining unit determines that the top clearance of the piston is zero when the phase difference is the smallest.
[0047]
When the phase difference measured by the phase difference measurement unit is smaller than the phase difference stored in the phase difference storage unit, the determination unit stores the phase difference measured by the phase difference measurement unit in the phase difference storage unit. It is desirable to output a write enable signal to
[0048]
The driving unit includes a triac that supplies power to the compressor according to a control signal, and outputs a signal for controlling a firing angle to adjust a stroke of the compressor according to a control signal output from the control unit. It is desirable to include a phase control unit that outputs the signal to the triac.
[0049]
Preferably, the triac switches the power supply according to a firing angle output from the phase control unit.
[0050]
It is preferable that the control device further includes a zero-cross detection unit that detects a zero-cross of a power supply voltage supplied from the driving unit.
[0051]
In another aspect of the present invention for achieving the above object, the method for controlling a reciprocating compressor includes the steps of: a) driving the compressor by changing the firing angle, and changing the firing angle. Measuring the phase difference between the phase of the current supplied to the compressor and the phase of the stroke of the compressor when the current is supplied to the compressor; and b) comparing the measured plurality of phase differences with each other. Driving the compressor at a firing angle corresponding to the inflection point.
[0052]
Preferably, the inflection point is a minimum point of the phase difference.
[0053]
Preferably, the current phase is generated by detecting a current supplied to the compressor and integrating the detected current.
[0054]
Preferably, the stroke phase detects a voltage and a current supplied to the compressor, estimates the stroke using the detected voltage and current, and outputs the stroke as a pulse corresponding to the estimated value. .
[0055]
Driving the compressor at the initial firing angle to store the measured phase difference; changing the firing angle to a desired direction to measure the phase difference; and And comparing the stored phase difference with the already stored phase difference, and replacing the stored phase difference with the measured phase difference if the measured phase difference is smaller than the already stored phase difference. Preferably, the measuring, comparing, and replacing steps are repeated by changing the firing angle in the same direction as the direction.
[0056]
Preferably, the control method further comprises, if the measured phase difference is greater than the initially stored phase difference, changing a firing angle in a direction opposite to a direction previously changed.
[0057]
If the measured phase difference is larger than the stored phase difference, the compressor may be controlled by recognizing a preceding point as an inflection point.
[0058]
In the step (a), the firing angle is set so that a sufficiently small current is initially supplied to the compressor, and the firing angle is changed so that a gradually larger current is supplied to the compressor. When the measured phase difference is larger than the stored phase difference in step b, the ignition angle of the previous step is recognized as the inflection point and the compressor is controlled. It is desirable to do.
[0059]
According to still another aspect of the present invention for achieving the above object, the method for controlling a reciprocating compressor includes the steps of: a) driving the compressor at a desired firing angle, Measuring and storing a phase difference between a first square wave corresponding to the supplied current and a second square wave corresponding to the estimated stroke of the compressor; b) determining the firing angle , And drives the compressor to change the phase difference between the first rectangular wave corresponding to the current supplied to the compressor and the second rectangular wave corresponding to the estimated stroke of the compressor. Measuring; and c) comparing the stored phase difference with the measured phase difference to determine a firing angle in the opposite direction if the measured phase difference is greater than the already stored phase difference. And if the measured phase difference is smaller than the already stored phase difference, Replacing the stored phase difference with the measured phase difference and storing the same, and changing the firing angle in the same direction; and d) repeating steps b and c to change the phase difference. Driving the compressor at the point of bending.
[0060]
In still another aspect of the present invention for achieving the above object, a method for controlling a reciprocating compressor includes the steps of: a) driving the compressor at an initial firing angle to supply the compressor with the initial firing angle; Measuring and storing the phase difference between a first square wave corresponding to the current to be applied and a second square wave corresponding to the stroke of the compressor; and b) changing the firing angle to change the compressor angle. Measuring the phase difference between the first square wave and the second square wave, and c) comparing the stored phase difference with the measured phase difference to calculate the phase difference. And changing the firing angle so that the phase difference becomes smaller than the stored phase difference, and controlling the compressor at the firing angle at which the phase difference is minimized.
[0061]
According to still another aspect of the present invention for achieving the above object, a method for controlling a reciprocating compressor includes the steps of: a) driving the compressor at a specific firing angle; Generating a first square wave corresponding to the current supplied to the compressor, b) generating a second square wave corresponding to the stroke of the compressor, and c) between the first and second square waves. Controlling the driving of the compressor by adjusting the firing angle according to the phase difference.
[0062]
Here, in the step (c), a control signal for controlling the position of the piston such that the top clearance is minimized according to a phase difference between the first rectangular wave and the second rectangular wave may be output. .
[0063]
In still another aspect of the present invention for achieving the above object, the method for controlling a reciprocating compressor includes a) tabulating a phase difference between a current corresponding to a load and a stroke. Storing; b) measuring a current load and reading a phase difference corresponding to the measured load from the table; and c) driving the compressor at an initial firing angle and supplying the same to the compressor. Measuring the phase difference between the current flowing through the compressor and the stroke of the compressor; and d) comparing the measured phase difference with the read phase difference to obtain the measured phase difference. Changing the firing angle so as to approach the phase difference.
[0064]
The step (c) includes detecting a current supplied to the compressor and generating a first rectangular wave corresponding to the current, detecting a voltage applied to the compressor, Calculating a stroke of the compressor using the detected voltage and current; generating a second rectangular wave corresponding to the calculated stroke; and calculating the first rectangular wave and the second rectangular wave. Measuring the phase difference between the two.
[0065]
The first square wave is generated by integrating the detected current.
[0066]
Setting the initial firing angle such that a phase difference between a current supplied to the compressor and a stroke of the compressor is sufficiently larger than the read phase difference in the step c; Step d is controlling the firing angle so that the phase difference between the current supplied to the compressor and the stroke of the compressor is gradually reduced, and reading the measured phase difference. It is desirable to control the compressor at the previous firing angle at the moment when the measured phase difference becomes smaller than the read phase difference as compared with the phase difference.
(Best Mode for Carrying Out the Invention)
The above objects, other features and advantages of the present invention will become more apparent by describing the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
[0067]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0068]
FIG. 5 is a block diagram of the control device of the reciprocating compressor according to the first preferred embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a detailed block diagram of the control unit of FIG.
[0069]
As shown in FIG. 5, the control device for a reciprocating compressor according to the first embodiment of the present invention includes a power supply 100 for supplying a commercial power supply (AC 100 to 200 V) and a commercial power supply supplied from the power supply 100 as control signals. A triac (TRIAC) 110 that switches according to the current supplied to the compressor motor 40, and a current that detects a current supplied to the compressor through the triac 110 and generates a first rectangular wave corresponding to the detected current. A phase detection unit 30, a motor 40 for reciprocating a piston in a cylinder of the compressor by a common power supply supplied from a triac 110, and a stroke phase detection unit for outputting a second rectangular wave corresponding to a position of the piston due to a linear motion. 50, a zero-cross detector 60 for detecting a zero-cross of a commercial power supply supplied from the power supply 100, and a current phase detector A control unit 70 for outputting a control signal for controlling the position of the piston based on a phase difference between the first rectangular wave generated from the first rectangular wave 30 and the second rectangular wave generated from the stroke phase detecting unit 50; And a phase control unit 80 that outputs to the triac 110 a signal for controlling the firing angle for adjusting the stroke of the compressor based on the control signal output from the unit 70.
[0070]
Here, the current phase detection unit 30 includes a current detection unit 31 that detects a current that is switched by the triac 110 and is supplied to the motor 40 of the compressor, and an integration unit that integrates the current detected from the current detection unit 31. 32, and a first rectangular wave generation unit 33 that generates a first rectangular wave corresponding to the current integrated by the integration unit 32.
[0071]
Further, the stroke phase detecting section 50 detects a voltage of the motor supplied to the motor of the compressor, a voltage detecting section 53, a voltage value detected by the voltage detecting section 53 and a current value detected by the current detecting section 31. And a stroke calculation unit 51 that calculates a stroke due to the reciprocating motion of the piston, and a second rectangular wave generation unit 52 that generates a second rectangular wave corresponding to the stroke calculated by the stroke calculation unit 51. You.
[0072]
The control unit 70 also includes a phase difference measurement unit 71 that measures a phase difference between the first rectangular wave output from the current phase detection unit 30 and the second rectangular wave output from the stroke phase detection unit 50, A phase difference storage unit 72 for storing a phase difference measured by the signal from the phase difference measurement unit 71, and a position for comparing the phase difference stored in the phase difference storage unit 72 with the phase difference measured by the phase difference measurement unit 71. A phase difference comparing section 73 and a determining section 74 that determines the magnitude of the firing angle based on the result of comparison by the phase difference comparing section 73 and outputs a storage enable signal of the phase difference storing section 72 are provided. .
[0073]
A control method of the reciprocating compressor according to the present invention will be described.
[0074]
7 (a) to 7 (h) are diagrams showing output waveforms of respective parts in FIG. 5, and FIGS. 8 (a) and 8 (b) show phase differences between a current phase and a stroke phase according to the present invention. FIG.
[0075]
FIG. 9 is a diagram showing a change in current phase and stroke phase at an arbitrary pressure according to the present invention.
[0076]
FIG. 10 is a flowchart showing a control method of the reciprocating compressor according to the first embodiment of the present invention, and is a flowchart of a control operation for obtaining maximum efficiency.
[0077]
First, a compressor control method according to a first embodiment of the present invention will be described.
[0078]
As shown in FIG. 7B, in the state in which the ordinary power having a constant frequency is supplied from the power source 100 as shown in FIG. Is applied to the triac 110 to drive the motor 40 of the compressor (1S).
[0079]
Further, the current and voltage of the power supply supplied to the motor 40 of the compressor are detected by the current detection unit 31 and the voltage detection unit 53, respectively (2S). At this time, the current detected by the current detector 31 is detected as shown in FIG. 7C, and the voltage detected by the voltage detector 53 is detected as shown in FIG. Back electromotive force).
[0080]
Therefore, the first rectangular wave corresponding to the current detected by the current phase detector 30 is output to the controller 70 (3S).
[0081]
That is, the integrating section 32 of the current phase detecting section 30 integrates and outputs the current detected by the current detecting section 31 as shown in FIG. 7E, and the first rectangular wave generating section 33 converts the integrated value to the above-described integrated value. A corresponding first rectangular wave is generated as shown in FIG.
[0082]
At this time, the stroke phase detection unit 50 estimates the stroke due to the reciprocating motion of the piston (4S), and generates an AC voltage waveform whose frequency is constant and whose amplitude changes according to the position of the reciprocating piston, and which corresponds to this AC voltage waveform. (5S).
[0083]
That is, the stroke calculation unit 51 estimates a stroke by the following equation.
[0084]
(Equation 1)
Figure 2004522063
[0085]
Here, Vm is the voltage across the motor, i is the current supplied to the motor, R is the resistance of the motor coil, and L is the inductance of the motor coil.
[0086]
The stroke calculation unit 51 of the stroke phase detection unit 50 generates an AC voltage waveform whose frequency is kept constant and whose amplitude changes according to the position due to the reciprocation of the piston, as shown in FIG. The generator 52 generates a second rectangular wave corresponding to the AC voltage waveform generated by the stroke calculator 51 as shown in FIG.
[0087]
Further, the zero-cross detection unit 60 detects a zero-cross of AC220V supplied from the power supply 100.
[0088]
Accordingly, the control unit 70 measures the phase difference between the first rectangular wave output from the current phase detection unit 30 and the second rectangular wave output from the stroke phase detection unit 50 using the signal of the zero-cross detection unit 60. (6S) The measured phase difference is compared with the already stored phase difference (7S to 10S), and a signal for controlling the position of the piston is output based on the comparison result (11S to 15S).
[0089]
That is, the phase difference measuring unit 71 of the control unit 70 determines whether the first rectangular wave output from the current phase detecting unit 30 as shown in FIG. 8A and the stroke phase as shown in FIG. The phase difference D with the second rectangular wave output from the detection unit 50 is measured (6S). That is, the interval (D1) between the falling edge of the second rectangular wave and the falling edge of the first rectangular wave, the interval (D2) between the falling edge of the second rectangular wave and the rising edge of the first rectangular wave, and the second rectangular wave Phase difference between the rising edge of the first square wave and the interval (D3) between the rising edge of the second rectangular wave and the rising edge of the first rectangular wave (D4). You may.
[0090]
At this time, since there is no phase difference already stored in the initial stage (7S), the measured phase difference is stored in the phase difference storage unit 72 (8S), and the ignition angle is changed to a specific direction to start the compressor. Drive (9S) and repeat the above process (2S-7S).
[0091]
When the phase difference is newly measured by repeating the above process (7S), the phase difference comparing unit 73 of the control unit 70 compares the currently measured phase difference with the already stored phase difference (10S), The determination unit 74 of the control unit 70 outputs a signal for controlling the variable direction of the firing angle based on the comparison result, and at the same time, enables the phase difference storage unit 72 to instruct whether or not the currently measured phase difference is stored. Output a signal. Accordingly, the phase control unit 80 adjusts the firing angle of the triac 110 according to the control signal output from the determination unit 74 of the control unit 70.
[0092]
That is, the control unit 70 compares the currently measured phase difference with the already stored phase difference (10S), and if the currently measured phase difference is smaller than the already stored phase difference (11S), performs the current measurement. The phase difference is newly stored (12S), and a control signal for instructing to change the firing angle in the previously changed direction is output to the phase control unit 80 to change the firing angle (13S). For example, if the changed firing angle is changed in a larger direction, the firing angle is further increased, and the changed firing angle is changed in a smaller direction. If so, the firing angle is further reduced.
[0093]
Conversely, the currently measured phase difference is compared with the already stored phase difference (10S). If the currently measured phase difference is larger than the already stored phase difference (11S), the currently measured phase difference is compared. Does not store the stored phase difference. In this case, a control signal for instructing to change the firing angle in a direction opposite to the previously changed direction is output to the phase control unit 80 to change the firing angle (14S). For example, if the changed firing angle is changed in a larger direction, the firing angle is reduced, and if the changed firing angle is changed in a smaller direction, the firing angle is changed. To increase.
[0094]
When such a process is continuously repeated to control the already stored phase difference and the currently measured phase difference to be the same as each other (11S, 14S), the compressor is controlled so as to obtain the maximum efficiency. The stroke is controlled.
[0095]
FIG. 9 shows a point (inflection point) where the phase difference becomes minimum. The point at which the phase difference is minimized is determined to have zero piston top clearance.
[0096]
In the above phase control, when the compressor is driven with a sufficiently large initial firing angle, the firing angle is changed so that the firing angle is gradually reduced, and the phase difference is controlled at a certain point in time. When it becomes larger, the compressor is controlled by the firing angle controlled in the preceding stage. That is, the compressor is controlled by the firing angle at the inflection point.
[0097]
Accordingly, the triac 110 switches the voltage supplied from the power supply 100 according to the firing angle output from the phase control unit 80, and repeats the above process, and the control unit 70 compresses the top clearance so as to minimize the top clearance. Control the machine piston.
[0098]
The control method of the reciprocating compressor according to the second embodiment of the present invention is as follows.
[0099]
FIG. 11 is a flowchart of a control method for controlling a stroke depending on a load in a control method of a reciprocating compressor according to a second embodiment of the present invention.
[0100]
The control method of the reciprocating compressor according to the second embodiment of the present invention controls the piston stroke of the compressor depending on the load. When the load is small, the piston stroke of the compressor is adjusted to be small. In this method, the piston stroke is increased when the load is large. Therefore, the compressor is controlled not to minimize the top clearance but to have the top clearance according to the load.
[0101]
That is, the phase difference between the current phase corresponding to the stroke of the piston and the stroke phase depending on the load acting on the compressor is stored as a table through several experiments (21S).
[0102]
Further, the control unit 70 measures the load of the refrigerator (22S). Here, the method of measuring the load of the compressor uses a currently known method.
[0103]
That is, the load is measured by detecting the temperature in the refrigerator, detecting the temperature of the refrigerant flowing through the heat exchanger, or detecting the temperature around the refrigerator. The phase difference corresponding to the load thus measured is read from the table (23S).
[0104]
The phase control unit 80 applies a trigger signal corresponding to a specific firing angle to the triac 110 to drive the motor of the compressor (24S).
[0105]
Further, the current and voltage of the power supply supplied to the motor of the compressor are measured by the current detection unit 31 and the voltage detection unit 53, respectively (25S). Therefore, a first rectangular wave corresponding to the current detected by the current phase detector 30 is output to the controller 70 (26S).
[0106]
At this time, the stroke phase detecting section 50 estimates the stroke due to the reciprocating motion of the piston (27S), generates an AC voltage waveform, and generates a second rectangular wave corresponding to this AC voltage waveform (28S).
[0107]
The stroke calculation unit 51 estimates a stroke by the following equation.
[0108]
(Equation 2)
Figure 2004522063
[0109]
Here, Vm is the voltage across the motor, i is the current supplied to the motor, R is the resistance of the motor coil, and L is the inductance of the motor coil.
[0110]
Further, the zero-cross detection unit 60 detects a zero-cross of AC220V supplied from the power supply 100.
[0111]
The controller 70 measures a phase difference β between the first rectangular wave output from the current phase detector 30 and the second rectangular wave output from the stroke phase detector 50 (29S), and determines the measured phase difference β A comparison is made with the phase difference α corresponding to the current load read from the table (30S).
[0112]
When the read phase difference α is smaller than the measured phase difference β (31S), the phase between the current phase detected by the current phase detector 30 and the stroke phase detected by the stroke phase detector 50 is determined. The firing angle of the triac 110 is changed so as to reduce the phase difference (32S). If the read phase difference α is larger than the measured phase difference β (31S), the phase difference between the current phase detected by the current phase detector 30 and the stroke phase detected by the stroke phase detector 50 is determined. The firing angle of the triac 110 is changed so that the phase difference becomes larger (33S). At this time, the method of changing the firing angle is the same as in the description of the first embodiment of the present invention.
[0113]
By repeating such a process and controlling the phase difference corresponding to the load and the measured phase difference to be the same (25S to 33S), the compressor can be controlled to operate at a stroke suitable for the load.
[0114]
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to such an embodiment, and various modifications or changes can be made based on the technical idea of the present invention.
(Industrial applicability)
As is apparent from the above description, the following effects are obtained according to the control apparatus and method for a reciprocating compressor of the present invention.
[0115]
First, by controlling the position of the piston in the cylinder such that the top clearance is minimized according to the information of the phase difference between the square wave of the current generated by the phase control and the square wave of the stroke. Since no complicated calculations are required, not only can the reciprocating compressor be controlled so as to be inexpensive and have maximum efficiency, but also its reliability can be improved.
[0116]
Secondly, since the compressor is controlled by the stroke according to the load, it is not necessary to drive and stop the compressor for a certain period of time, so that the life of the compressor can be extended and the noise due to the driving of the compressor can be minimized. .
[Brief description of the drawings]
FIG.
1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a reciprocating compressor disclosed in US Pat. No. 5,342,176.
FIG. 2
It is a block diagram which shows the compressor control apparatus which controls the piston stroke of the compressor of FIG.
FIG. 3
It is a block diagram of the control device of the conventional reciprocating compressor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-112438.
FIG. 4
FIG. 11 is a block diagram of another control device of the conventional reciprocating compressor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-112438.
FIG. 5
It is a block diagram of a control device of a reciprocating compressor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 6
FIG. 6 is a detailed block diagram of a controller according to the first embodiment of FIG. 5;
FIG. 7
(A)-(h) is a figure which shows each part output waveform of FIG. 5 by this invention.
FIG. 8
(A), (b) is a diagram showing a phase difference between a current phase and a stroke phase according to the present invention.
FIG. 9
FIG. 4 is a diagram showing a change in an arbitrary pressure between a current phase and a stroke phase according to the present invention.
FIG. 10
FIG. 2 is a flowchart illustrating a control method of the reciprocating compressor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11
FIG. 6 is a flowchart showing a control method of a reciprocating compressor according to a second preferred embodiment of the present invention, and is a diagram showing a case where a stroke is controlled depending on a load.

Claims (27)

制御信号によって点弧角を変えることによって往復動式圧縮機を駆動する駆動部と、
前記圧縮機に供給される電流に相当する矩形波を出力する電流位相検出部と、
前記圧縮機のストロークに相当する矩形波を出力するストローク位相検出部と、
前記電流位相検出部から生成された矩形波と前記ストローク位相検出部から生成された矩形波との間の位相差によって前記駆動部の点弧角を制御する制御部と、を含んでなることを特徴とする往復動式圧縮機の制御装置。A drive unit for driving the reciprocating compressor by changing the firing angle by a control signal;
A current phase detector that outputs a rectangular wave corresponding to the current supplied to the compressor,
A stroke phase detector that outputs a rectangular wave corresponding to the stroke of the compressor,
A control unit that controls a firing angle of the driving unit by a phase difference between a rectangular wave generated from the current phase detection unit and a rectangular wave generated from the stroke phase detection unit. Characteristic control device for reciprocating compressor. 前記電流位相検出部は前記圧縮機に供給される電流を検出し、該検出された電流の値を出力する電流検出部と、
前記電流検出部で検出された電流に相当する第１の矩形波を出力する第１矩形波発生部と、を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機の制御装置。A current detection unit that detects a current supplied to the compressor and outputs a value of the detected current;
The control of the reciprocating compressor according to claim 1, further comprising: a first rectangular wave generator that outputs a first rectangular wave corresponding to the current detected by the current detector. apparatus. 前記電流位相検出部は前記電流検出部で検出された電流を積分して、該積分された電流を前記第１矩形波発生部に出力する積分部を更に含んでなることを特徴とする請求項２に記載の往復動式圧縮機の制御装置。The current phase detection unit further includes an integration unit that integrates the current detected by the current detection unit and outputs the integrated current to the first rectangular wave generation unit. 3. The control device for a reciprocating compressor according to 2. 前記ストローク位相検出部は、前記圧縮機に供給される電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部で検出された電圧と前記電流位相検出部で検出された電流とに基づいて前記ストロークを演算するストローク演算部と、
前記ストローク演算部で演算したストロークに相当する第２矩形波を発生して、該第２矩形波を前記制御部に出力する第２矩形波発生部と、を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機の制御装置。The stroke phase detection unit, a voltage detection unit that detects a voltage supplied to the compressor,
A stroke calculation unit that calculates the stroke based on the voltage detected by the voltage detection unit and the current detected by the current phase detection unit;
A second rectangular wave generating unit that generates a second rectangular wave corresponding to the stroke calculated by the stroke calculating unit and outputs the second rectangular wave to the control unit. Item 2. A control device for a reciprocating compressor according to Item 1. 前記制御部は、前記電流位相検出部から出力される電流波形と前記ストローク位相検出部から出力されるストローク波形との間の位相差を測定する位相差測定部と、
前記位相差測定部で測定した位相差の大きさによって目標出力電圧を決定する出力電圧指令部と、を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機の制御装置。The control unit, a phase difference measurement unit that measures a phase difference between a current waveform output from the current phase detection unit and a stroke waveform output from the stroke phase detection unit,
The control device for a reciprocating compressor according to claim 1, further comprising: an output voltage command unit that determines a target output voltage based on the magnitude of the phase difference measured by the phase difference measurement unit. 前記出力電圧指令部は、前記位相差測定部で測定した位相差を格納する位相差格納部と、
前記位相差測定部で測定した位相差を前記位相差格納部に格納された位相差と比較する位相差比較部と、
前記位相差比較部での前記比較の結果によって、前記圧縮機に供給されるべき電圧を決定し、前記位相差格納部のライトイネーブル信号を出力する決定部と、を具備して構成されることを特徴とする請求項５に記載の往復動式圧縮機の制御装置。The output voltage command unit, a phase difference storage unit that stores the phase difference measured by the phase difference measurement unit,
A phase difference comparison unit that compares the phase difference measured by the phase difference measurement unit with the phase difference stored in the phase difference storage unit,
A determination unit that determines a voltage to be supplied to the compressor based on a result of the comparison in the phase difference comparison unit, and outputs a write enable signal of the phase difference storage unit. The control device for a reciprocating compressor according to claim 5, wherein 前記決定部は前記位相差が最小になるときピストンのトップクリアランスがゼロであると判断することを特徴とする請求項６に記載の往復動式圧縮機の制御装置。The control device of a reciprocating compressor according to claim 6, wherein the determination unit determines that the top clearance of the piston is zero when the phase difference is minimized. 前記決定部は前記位相差測定部で測定された位相差が前記位相差格納部に格納された位相差より小さいとき前記位相差測定部で測定した位相差を前記位相差格納部が格納するようにライトイネーブル信号を出力することを特徴とする請求項６に記載の往復動式圧縮機の制御装置。When the phase difference measured by the phase difference measuring unit is smaller than the phase difference stored in the phase difference storing unit, the determining unit stores the phase difference measured by the phase difference measuring unit in the phase difference storing unit. 7. The control device for a reciprocating compressor according to claim 6, wherein a write enable signal is output to the reciprocating compressor. 前記駆動部は制御信号によって前記圧縮機に電源を供給するトライアックを具備し、
前記制御部から出力された制御信号に従って、前記圧縮機のストロークを調節するための点弧角を制御する信号を前記トライアックに出力する位相制御部を更に含んでなることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機の制御装置。The driving unit includes a triac that supplies power to the compressor according to a control signal,
2. The apparatus according to claim 1, further comprising a phase control unit that outputs a signal for controlling a firing angle for adjusting a stroke of the compressor to the triac according to a control signal output from the control unit. 3. The control device for a reciprocating compressor according to claim 1. 前記トライアックは前記位相制御部から出力される点弧角に従って前記電源をスイッチングすることを特徴とする請求項９に記載の往復動式圧縮機の制御装置。The control apparatus of claim 9, wherein the triac switches the power supply according to a firing angle output from the phase control unit. 前記駆動部から供給される電源電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部を更に含んでなることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機の制御装置。The control device for a reciprocating compressor according to claim 1, further comprising a zero-cross detection unit that detects a zero-cross of a power supply voltage supplied from the driving unit. ａ）点弧角を変えて圧縮機を駆動し、前記点弧角が変えられるときに前記圧縮機に供給される電流の位相と前記圧縮機のストロークの位相との間の位相差を測定する段階と、
ｂ）複数の前記測定した位相差を互いに比較して前記位相差の変曲点に相当する点弧角で前記圧縮機を駆動する段階と、を含んでなることを特徴とする往復動式圧縮機の制御方法。a) driving the compressor by changing the firing angle and measuring a phase difference between a phase of a current supplied to the compressor and a phase of a stroke of the compressor when the firing angle is changed; Stages and
b) comparing the plurality of measured phase differences with each other and driving the compressor at a firing angle corresponding to an inflection point of the phase difference. Machine control method. 前記変曲点は前記位相差の最小点であることを特徴とする請求項１２に記載の往復動式圧縮機の制御装置。13. The control device for a reciprocating compressor according to claim 12, wherein the inflection point is a minimum point of the phase difference. 前記電流の位相は、前記圧縮機に供給される電流を検出し、該検出された電流を積分して生成されることを特徴とする請求項１２に記載の往復動式圧縮機の制御装置。13. The control device for a reciprocating compressor according to claim 12, wherein the phase of the current is generated by detecting a current supplied to the compressor and integrating the detected current. 前記ストロークの位相は、前記圧縮機に供給される電圧と電流を検出し、前記検出された電圧と電流を用いてストロークを推定した後、推定値に相当するパルスとして出力されることを特徴とする請求項１２に記載の往復動式圧縮機の制御方法。The phase of the stroke detects a voltage and a current supplied to the compressor, estimates a stroke using the detected voltage and the current, and outputs a pulse corresponding to the estimated value. The method for controlling a reciprocating compressor according to claim 12. 前記ａの段階は、初期点弧角で圧縮機を駆動するときに測定した前記位相差を格納する段階と、
前記点弧角を所望の方向に変えることによって前記位相差を測定する段階と、
前記測定した位相差と既に格納されている位相差とを比較する段階と、
前記測定した位相差が前記既に格納されている位相差より小さいと前記格納されている位相差を前記測定した位相差に置換する段階と、
同一方向に点弧角を変えて前記測定、比較及び置換する段階を反復する段階と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の往復動式圧縮機の制御方法。Storing the phase difference measured when the compressor is driven at the initial firing angle;
Measuring the phase difference by changing the firing angle to a desired direction;
Comparing the measured phase difference with the already stored phase difference,
Replacing the stored phase difference with the measured phase difference when the measured phase difference is smaller than the already stored phase difference;
The method according to claim 12, further comprising: repeating the measuring, comparing, and replacing steps by changing a firing angle in the same direction. 前記測定した位相差が初期に格納された位相差より大きいとその前に変えた方向と反対方向に前記点弧角を変える段階を更に含んでなることを特徴とする請求項１６に記載の往復動式圧縮機の制御方法。17. The reciprocation of claim 16, further comprising the step of changing the firing angle in a direction opposite to the previously changed direction if the measured phase difference is greater than the initially stored phase difference. Control method of dynamic compressor. 前記方向と同一方向に点弧角を変えて測定した位相差が既に格納されている位相差より大きいとその前段階の点を変曲点として認識して前記圧縮機を制御することを特徴とする請求項１６に記載の往復動式圧縮機の制御方法。If the phase difference measured by changing the firing angle in the same direction as the above direction is larger than the already stored phase difference, the compressor controls the compressor by recognizing a point in the preceding stage as an inflection point. The method for controlling a reciprocating compressor according to claim 16. 前記段階ａで、初期に十分に小さい値の電流が前記圧縮機に供給されるように点弧角を設定し、次第に大きい電流が前記圧縮機に供給されるように点弧角を変えて前記位相差を測定し、
前記段階ｂで前記測定した位相差が前記既に格納されている位相差より大きくなるとき、その前段階の点弧角を前記変曲点として認識することによって前記圧縮機を制御することを特徴とする請求項１２に記載の往復動式圧縮機の制御方法。In the step (a), the firing angle is set so that a current having a sufficiently small value is initially supplied to the compressor, and the firing angle is changed so that a gradually larger current is supplied to the compressor. Measure the phase difference,
When the measured phase difference is larger than the already stored phase difference in the step (b), the compressor is controlled by recognizing a firing angle of a previous step as the inflection point. The method for controlling a reciprocating compressor according to claim 12. ａ）所望の点弧角で圧縮機を駆動して、前記圧縮機に供給される電流に相当する第１矩形波と前記圧縮機の推定ストロークに相当する第２矩形波との間の位相差を測定して格納する段階と、
ｂ）前記点弧角を所望の方向に変えて前記圧縮機を駆動して、前記圧縮機に供給される電流に相当する第１矩形波と前記圧縮機の推定ストロークに相応する第２矩形波との間の位相差を測定する段階と、
ｃ）前記の格納した位相差と測定した位相差を比較して、前記測定した位相差が、前記格納した位相差より大きいと反対方向に前記点弧角を変化させ、前記測定した位相差が前記格納した位相差より小さいと、前記格納した位相差を前記測定した位相差に置換して格納し、同一方向に前記点弧角を変化させる段階と、
ｄ）前記段階ｂとｃを反復して前記位相差が変曲する点で前記圧縮機を駆動する段階と、を含んでなることを特徴とする往復動式圧縮機の制御方法。a) driving the compressor at a desired firing angle to obtain a phase difference between a first rectangular wave corresponding to the current supplied to the compressor and a second rectangular wave corresponding to an estimated stroke of the compressor; Measuring and storing
b) driving the compressor by changing the firing angle to a desired direction, and a first rectangular wave corresponding to the current supplied to the compressor and a second rectangular wave corresponding to the estimated stroke of the compressor; Measuring the phase difference between
c) comparing the stored phase difference with the measured phase difference, changing the firing angle in the opposite direction if the measured phase difference is greater than the stored phase difference, When the stored phase difference is smaller than the stored phase difference, the stored phase difference is replaced with the measured phase difference and stored, and the firing angle is changed in the same direction;
d) repeating the steps b and c to drive the compressor at a point where the phase difference is inflected, and controlling the reciprocating compressor. ａ）初期点弧角で圧縮機を駆動して前記圧縮機に供給される電流に相当する第１矩形波と前記圧縮機のストロークに相当する第２矩形波との間の位相差を測定して格納する段階と、
ｂ）前記点弧角を変えて前記圧縮機を駆動して、前記第１矩形波と第２矩形波との間の位相差を測定する段階と、
ｃ）前記の格納した位相差と測定した位相差とを比較して、前記測定した位相差が格納した位相差より小さくなるように前記点弧角を変えて前記位相差が最小になる点弧角で前記圧縮機を制御する段階と、を含んでなることを特徴とする往復動式圧縮機の制御方法。a) driving a compressor at an initial firing angle to measure a phase difference between a first rectangular wave corresponding to a current supplied to the compressor and a second rectangular wave corresponding to a stroke of the compressor; Storing and storing;
b) driving the compressor by changing the firing angle to measure a phase difference between the first rectangular wave and the second rectangular wave;
c) comparing the stored phase difference with the measured phase difference, and changing the firing angle so that the measured phase difference is smaller than the stored phase difference; Controlling the compressor by a corner. A method for controlling a reciprocating compressor. ａ）特定の点弧角で圧縮機を駆動して前記圧縮機に供給される電流に相当する第１矩形波を発生する段階と、
ｂ）前記圧縮機のストロークに相当する第２矩形波を発生する段階と、
ｃ）前記発生した第１及び第２矩形波間の位相差によって前記点弧角を調節して前記圧縮機の駆動を制御する段階と、を含んでなることを特徴とする往復動式圧縮機の制御方法。a) driving the compressor at a specific firing angle to generate a first rectangular wave corresponding to the current supplied to the compressor;
b) generating a second rectangular wave corresponding to the stroke of the compressor;
c) controlling the driving of the compressor by adjusting the firing angle according to the phase difference between the generated first and second rectangular waves. Control method. 前記段階ｃで、
前記第１矩形波と第２矩形波との間の位相差によってトップクリアランスが最小になるようにピストンを制御するための制御信号が出力されることを特徴とする請求項２２に記載の往復動式圧縮機の制御方法。In step c,
23. The reciprocating motion according to claim 22, wherein a control signal for controlling a piston to minimize a top clearance is output according to a phase difference between the first rectangular wave and the second rectangular wave. How to control a compressor. ａ）負荷に相当する電流とストロークとの間の位相差をテーブル化して格納する段階と、
ｂ）現在の負荷を測定して、該測定した負荷に相当する前記位相差を前記テーブルから読み出す段階と、
ｃ）初期点弧角で圧縮機を駆動して該圧縮機に供給される電流と前記圧縮機のストロークとの間の位相差を測定する段階と、
ｄ）前記測定した位相差と前記読み出された位相差とを比較して前記測定した位相差が前記読み出された位相差に近づくように前記点弧角を変える段階と、を含んでなることを特徴とする往復動式圧縮機の制御方法。a) tabulating and storing the phase difference between the current corresponding to the load and the stroke;
b) measuring a current load and reading the phase difference corresponding to the measured load from the table;
c) driving the compressor at an initial firing angle to measure a phase difference between a current supplied to the compressor and a stroke of the compressor;
d) comparing the measured phase difference with the read phase difference and changing the firing angle such that the measured phase difference approaches the read phase difference. A method for controlling a reciprocating compressor. 前記段階ｃは、前記圧縮機に供給される電流を検出して該電流に相当する第１矩形波を発生する段階と、
前記圧縮機に印加される電圧を検出する段階と、
前記検出された電圧と電流を用いて前記圧縮機のストロークを演算する段階と、
前記演算されたストロークに相当する第２矩形波を発生する段階と、
前記第１矩形波と第２矩形波との間の位相差を測定する段階と、を含んでなることを特徴とする請求項２４に記載の往復動式圧縮機の制御方法。The step (c) includes detecting a current supplied to the compressor and generating a first rectangular wave corresponding to the current;
Detecting a voltage applied to the compressor;
Calculating a stroke of the compressor using the detected voltage and current;
Generating a second rectangular wave corresponding to the calculated stroke;
The method of claim 24, further comprising measuring a phase difference between the first rectangular wave and the second rectangular wave. 前記検出された電流を積分して前記第１矩形波を発生することを特徴とする請求項２５に記載の往復動式圧縮機の制御方法。26. The control method of claim 25, wherein the detected current is integrated to generate the first rectangular wave. 前記段階ｃで前記圧縮機に供給される電流と前記圧縮機のストロークとの間の位相差が前記読み出された位相差より十分に大きくなるように前記初期点弧角を設定し、
前記段階ｄで、前記圧縮機に供給される電流と前記圧縮機のストロークとの間の位相差が次第に小さくなるように前記点弧角を制御して、前記測定した位相差を前記読み出された位相差と比較して、前記測定した位相差が読み出された位相差より小さくなる瞬間に、以前の段階の点弧角で前記圧縮機を制御することを特徴とする請求項２４に記載の往復動式圧縮機の制御方法。Setting the initial firing angle such that the phase difference between the current supplied to the compressor and the stroke of the compressor in step c is sufficiently greater than the read phase difference;
In step d, controlling the firing angle so that the phase difference between the current supplied to the compressor and the stroke of the compressor is gradually reduced, and reading the measured phase difference. 25. The compressor according to claim 24, wherein the compressor is controlled at a previous firing angle at the moment when the measured phase difference becomes smaller than the read phase difference as compared with the read phase difference. Control method of reciprocating compressor.
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