JP2016534688A - 圧縮機の電気モータの動作を制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

圧縮機の電気モータの動作を制御するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、圧縮機の電気モータの動作を制御するためのシステムであって、少なくとも１つの速度コントローラ（４１）と、少なくとも１つの処理コア（４２）と、少なくとも１つの信号遅延回路（４３）とによって構成される少なくとも１つの予測速度制御ループ（４）を備えるシステムに関し、前記予測ループ（４）の出力信号は、外側速度制御ループ（１）の出力信号に加算される。本発明は、または、圧縮機の電気モータの動作を制御するための方法であって、既知のサンプリングレートにしたがって、第１冷凍サイクル（ＣＲ１）を複数の仮想セクタ（Ｊ）に離散化するための少なくとも１つの工程と、第１冷凍サイクルの（ＣＲ１）の各仮想セクタ（Ｊ）における速度補正因子を決定するための少なくとも１つの工程と、後続の冷凍サイクル（ＣＲ１）を第１冷凍サイクル（ＣＲ１）の離散化において使用されるサンプリングレートにしたがって複数の仮想セクタ（Ｊ）に離散化するための少なくとも１つの工程と、第１冷凍サイクル（ＣＲ１）の各速度補正因子を後続の冷凍サイクル（ＣＲＮ）の同等の仮想セクタ（ＳＶＮ）に適用するための少なくとも１つの工程とを備える方法に関する。

Description

本発明は、圧縮機の電気モータの動作を制御するためのシステムおよび圧縮機の電気モータの動作を制御するための方法に、より詳しくは、例えば、２重蒸発システムにおいて使用される圧縮機において生じるような少なくとも２つの異なるレベルの作動圧力にさらされる（好ましくは往復）圧縮機のための適応システムおよび適応方法に、関する。
概して、本発明は、圧縮機の作動圧力の変更中に、電気モータの速度を減少させることを意図する。
当業者に知られているように、圧縮機、特に往復圧縮機は、圧縮室の容量を制御可能に変更することによって作動流体圧力を変更することができる装置を備え、圧縮室は、通常、作動流体を受け入れるシリンダ室と可動ピストンとによって画定される。したがって、圧縮室の容積は、その内部における可動ピストンの変位に応じて、交互に変更される（減少され、かつ増加される）。入口および作動流体の除去は、吸入弁と排気弁を介して整然と処理され、それらの状態を交互にシフトさせる。
従来の往復圧縮機では、可動ピストンの代替運動は、回転運動における回転駆動力に由来し、特に、回転シャフトに設けられた電気モータに由来する。従来の実施形態では、電気モータのシャフトの前記回転運動は、直線棒と協働する偏心シャフトを介して代替運動に変換され、直線棒は代替ピストンに接続されている。これは、モータシャフトの回転運動が、代替ピストンに与えられた代替（前後）運動に変換されることを意味する。
従来、電気モータの電気的パラメータおよび機械的パラメータが、圧縮サイクルに沿って異なる干渉および振動を受けることが、観察される。
例えば、電気モータの電流が、圧縮シリンダの圧力が増加するにつれて増加する傾向があることが、知られている。圧力増加中の電気モータの電流の間のこの比率は、ピストンが高圧力下で圧縮シリンダの内部にある排出弁の開放に先立ってその正の最大変位に到達して最大の圧縮圧力を生成するときに、（より多くの電流を消費する）電気モータによってなされる余分な労力のため、生じる。
また、電気モータの速度が、圧縮シリンダの圧力が増加するにつれて減少する傾向があることが、知られている。圧力増加中の電気モータの速度間のこの比率は、また、代替ピストンが高圧力下で圧縮シリンダの内部でその正の最大変位に到達して最大の圧縮圧力を生成するときに、電気モータによってなされるより高い労力に起因する（その公称速度の維持に対するより高い障害が生じる）。
この文脈では、作動流体が異なる圧力レベルに到達するシステムにおいて往復圧縮機が使用されうることは、当業者にも知られている。このシステム形式の例は、異なる温度範囲において動作する、かつ、その結果として異なる圧力範囲において動作する独立した蒸発器を備える冷凍システムを指す。
この冷凍システム形式の実施形態は、各蒸発器が往復圧縮機の吸入口に直接に接続された２重蒸発冷凍システムを教示する国際特許出願第ＰＣＴ／ＢＲ２０１１／０００１２０号に開示されている。その結果として、前記往復圧縮機は、単一の圧縮室を有する２重吸入往復圧縮機を備える。特に、この場合、２つの作動流体からの１つの選択は、圧縮機自体の中に配置された弁を介して実行される。
また、現在の最先端が、２重蒸発冷凍システムを提供し、この２重蒸発冷凍システムでは、（異なる作動圧力を有する）複数の異なる蒸発器が外部選択弁に接続され、この外部選択弁が唯一の往復圧縮機の吸入口に接続された単一の出口を有することを、言及する価値がある。この配置の例は、米国特許第５，５３１，０７８号明細書に開示されている。
両方の例において、同一の圧縮室が、異なる時間に、異なる圧力レベルにさらされる。その結果として、圧縮機構とその駆動力（電気モータ）は、２つの異なる労力レベルにさらされる。
以前に言及したように、（単一の作動流体を用いた）圧縮サイクル中に圧力を単に変更することによって、電気モータの速度を損なうのに既に十分である。（国際特許出願第ＰＣＴ／ＢＲ２０１１／０００１２０号または米国特許第５，５３１，０７８号明細書のどちらかに記載されているように）２重蒸発圧縮機の場合、電気モータの速度減少の影響は、さらに深刻である。
これは、電気モータが、より高い圧力の作動流体サイクルの全体中の速度において実質的な減少を示す傾向があるという事実に起因する。この速度の低下は、往復圧縮機の性能を損なうことは明らかである。というのは、これが、より高い圧力の蒸発器に対する冷凍能力における減少を示し、その結果として、全体として冷凍システムの性能における減少がある、ためである。
しかし、往復圧縮機の電気モータの動作制御のための従来のシステムおよび方法は、一体的に反応する、すなわち、それらは、実質的な速度の低下が予め検出された後にのみ、制御動作における増加（通常は、速度減少の補正のための電気モータへの電圧供給）を予測する。
通常、これは、速度コントローラの設計において、非常に迅速な応答を有することを意味し、非常に迅速な応答は、一般的に、システム全体の実質的な消耗につながる。任意選択で、これは、また、速度コントローラの設計において、非常に遅い応答を有することを意味し、非常に遅い応答は、通常、往復圧縮機の電気モータの速度の変動を十分には排除しない。
米国特許第５，５３１，０７８号明細書
上述の欠点の観点から、かつ、それらを排除する必要性により、本発明が開発されている。
これにより、本発明の目的の１つは、電気モータの電圧を、予想通りに、すなわち、その速度低下の最初の瞬間に先立って、増加させることができる圧縮機の電気モータの動作のための制御システムおよび制御方法を提供することである。
本発明の別の目的は、圧縮機の電気モータの動作のための前記制御システムおよび前記制御方法を提供することであり、前記制御システムおよび前記制御方法は、圧縮機の圧縮機構が２重蒸発冷凍システム内の２つの可能な異なる作動圧力の間の変動にさらされる場合に、電気モータ速度の変動を、排除する、または許容可能な値まで減少させることができる。
これらの全ての目的は、圧縮機の電気モータの動作のための制御システムおよび圧縮機の電気モータの動作のための制御方法によって、完全に達成され、これらの両方が本発明の目的である。
一般的に言えば、圧縮機の電気モータの動作のための制御システムは、少なくとも１つの速度コントローラと、少なくとも１つの内側制御ループと、電気モータの電気的パラメータを測定するための少なくとも１つのブロックとによって構成された外側速度制御ループによって形成された少なくとも１つの電気モータ制御のサブシステム、および、少なくとも１つの速度コントローラと、少なくとも１つの処理コアと、少なくとも１つの信号遅延回路とを備える少なくとも１つの予測速度制御を備え、前記予測ループの出力信号は、外側制御速度ループの出力信号に加算される。
本発明によれば、前記速度コントローラは、圧縮機の電気モータの速度補正信号を生成することを許可する。
処理コアに関しては、それは、圧縮機の電気モータの動作サイクルの予め決定されたサンプリングレートにしたがう、仮想セクタ化を担当し、かつ、予め定義された各仮想セクタの圧縮機の電気モータの平均速度を測定することを担当する。
次に、信号遅延回路は、速度制御外側ループの出力信号に加算されるべき予測ループの出力信号を担当する。
任意選択で、かつ、さらに本発明によれば、前記予測ループは、処理コアによって予め定義された各仮想セクタの圧縮機の電気モータの速度ピークを測定するための第２処理コアをさらに備える。
圧縮機の電気モータの動作のための制御方法であって、前記圧縮機は、サイクルにおいて代替的に切り換えられる２つの異なる作動圧力レベルを有する２重蒸発冷凍システムにおいて作動可能である制御方法は、第１冷凍サイクルを既知のサンプリングレートにしたがって複数の仮想セクタに離散化する少なくとも１つの工程と、第１冷凍サイクルの各仮想セクタにおける速度補正因子を決定するための少なくとも１つの工程と、後続の冷凍サイクルを第１冷凍サイクルの離散化において使用されるサンプリングレートにしたがって複数の仮想セクタに離散化する少なくとも１つの工程と、第１冷凍サイクルの各速度補正因子を後続の冷凍サイクルの同等の仮想セクタに適用する少なくとも１つの工程とを備える。
好ましくは、仮想セクタのそれぞれは、圧縮機の圧縮サイクルの内部での電気モータの機械的な回転、または、さらに、圧縮機の圧縮サイクルのそれぞれの任意の約数を、備える。
全ての工程が、複数の冷凍サイクルに沿って、圧縮機の動作中に繰り返され、任意選択で、後続の冷凍サイクルの同等の仮想セクタにおける第１冷凍サイクルの各速度補正因子の適用が、より高い圧力レベル中にのみ生じることが、さらに好ましい。
本発明は、以下の図面に基づいて、以下で詳細に説明されるであろう。
図１は、従来の速度コントローラ形式が使用される場合に、異なる圧力レベル間の変更による電気モータの速度変動を参照するグラフを示す。 図２は、図１のグラフを担当する往復圧縮機の電気モータの動作のための従来の制御システムのブロック図を示す。 図３は、本発明の往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムの第１ブロック図を示す。 図４Ａは、図３に描かれる往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムを使用する場合に、２つの異なる圧力レベル間の変更による電気モータの速度変動を参照するグラフを示す。 図４Ｂは、図３に描かれる往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムを使用する場合に、２つの異なる圧力レベル間の変更による電気モータの速度変動を参照するグラフを示す。 図４Ｃは、図３に描かれる往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムを使用する場合に、２つの異なる圧力レベル間の変更による電気モータの速度変動を参照するグラフを示す。 図５は、本発明の往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムの第２ブロック図を示す。 図６は、図５に描かれる往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムを使用する場合に、２つの異なる圧力レベル間の変更による電気モータの速度変動を参照するグラフを示す。
本方法について
図１は、２重蒸発冷凍システムにおいて使用される、すなわち、少なくとも２つの異なる作動圧力レベルＰＴ１およびＰＴ２を有する往復圧縮機を提供する冷凍システムにおいて使用される往復圧縮機の電気モータの、速度Ｓと実効電圧に比例する信号ＴＥとの間の関係グラフを図式的に示す。既に当業者に知られているように、往復圧縮機において、これらの２つのパラメータ（モータ速度およびモータ電圧）の間に固有の比率が存在する。
図１に関して、２つの作動圧力レベルＰＴ１およびＰＴ２は、さらに、冷凍サイクルＣＲに沿って常に繰り返されている。それにもかかわらず、２重蒸発冷凍システムにおける２つの作動圧力レベルＰＴ１およびＰＴ２の間のこのような交替が、一定の持続時間を有する冷凍サイクルＣＲにおいて常に定義されているわけではないことが、指摘されねばならない。当業者に知られているように、２つの作動圧力レベルＰＴ１およびＰＴ２間の変更は、弁の配置によって達成される。この弁の配置は、（国際特許出願第ＰＣＴ／ＢＲ２０１１／０００１２０号に記載されているように）往復圧縮機自体に、または、（米国特許第５，５３１，０７８号明細書に記載されているように）冷凍システムにおける任意の場所に、配置される。
とにかく、かつ、以前に記載されているように、電気モータの速度Ｓが、冷凍サイクルＣＲに沿って、特に、２つの作動圧力レベルＰＴ１およびＰＴ２間の交替中に、２つの変動を受けることが、さらに観察される。
電気モータの速度Ｓの変動が往復圧縮機の圧縮の効率に有害であることは、明らかである。
この問題を解決するために、往復圧縮機の電気モータが、電気モータの動作を制御することに特に専用される速度ループによって制御されることが、一般的である。一般に、このような速度ループは、速度Ｓの低下が検出されるとすぐに、電気モータにおける基準ＴＥを変化させることによって、実効電圧を供給することを意図している。
当業者に知られているように、電気モータの動作のための本制御システムは、動作ロジック、すなわち動作方法にしたがって、作動する。本制御方法によれば、電気モータにおける実効電圧の基準ＴＥは、速度Ｓの低下がはっきりと検出された後にのみ増加される。
これは、電気モータは、速度Ｓの低下が生じた後に実効電圧ＴＥのインクリメントを受けることを意味する。図１において、速度Ｓの低下の開始は、基準ＱＶＥで示されている。
一旦、電圧の基準ＴＥの電圧におけるインクリメントが、受動的形態で行われると、このスティミュラス（速度Ｓにおける増加）への応答が遅れにおいて生じることが、確認されている。その結果として、速度Ｓの減少ＱＶＥが生じた時刻と、実効電圧の基準ＴＥの増加が生じる時刻（増加の時間は、基準ＩＴＥを通じて図１に示されている）との間の時間の不一致ＤＳＴに接することがありえる。この時間の不一致は、速度ループによって使用されるサンプリング周期によって与えられる。
図１において、サンプリング周期は、圧縮機の電気モータの機械的回転に等しく、その後、電圧基準ＴＥの前に圧縮機の電気モータの全１回転がインクリメントされることが確認される。明らかに、このインクリメントの作動速度は、増加されることができ、すなわち、サンプリング周期を増加させるが、たとえそうであったとしても、このインクリメントが常に反応的な形態において生じるので、すなわち、常にサンプリング周期の後に生じるので、より長いまたはより短い時間の不一致ＤＳＴが存在するであろう。
本システムについて
上述のロジックを担当するシステムは、図２に図式的に示されている。
図２に示される往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムは、当業者に既に知られている配置を備え、すなわち、留意されうるように、このシステムが、外側速度制御ループ１と、内側制御ループ２と、電気的パラメータを測定するための少なくとも１つのブロック３と、明らかに１つの電気モータＭＴとを本質的に備える。
当業者に知られているように、外側速度制御ループ１は、少なくとも１つの速度コントローラ１１を備え、全ての目的において、少なくとも１つの速度コントローラ１１は、電気モータの実効電圧Ｓの基準ＴＥのインクリメントの振幅を制御する電子回路を指す。一般に、速度コントローラ１１は、通常、比例積分型であり、かつ、電気モータＭＴの機械的（速度）周波数に等しいまたはそれよりも高い更新周波数を通常有する。
図２において、例えば、速度コントローラ１１は、電気モータＭＴの各機械的回転においてモータに印加される実効電圧に比例するその出力信号ＴＥを更新する。この形式のコントローラは、常に、反応的な形態において作動し、すなわち、その入力における誤差変動が、その後に出力が補正されるように生じることが、必要とされる。
当業者にまたよく知られている内側制御ループ２（その出力は、電圧ではなく、むしろ電圧に比例した値）は、少なくとも１つの効力係数２１を備え、この内側制御ループ２は、全ての目的において、電気モータに電気的に供給することが可能である周波数インバータを指す。内側制御ループ２は、また、以下の形式：６ステップ、ベクトル制御、直接トルク制御トルク、または電気モータ制御のための任意の他の従来の手法でありうる制御ブロック２２によって形成される。
その上、また、当業者の知識にしたがうと、電気的パラメータおよび／または機械的パラメータを測定するためのブロック３は、一般に、往復圧縮機のモータの、電流の電圧、位置の電圧および公称速度の電圧を測定するための回路を備えることができる。この形式の回路は、非常に一般的であり、既知の異なる構成を備えることができる。
電気モータＭＴは、交流型または直流型であることができる従来の電気モータを含む。
外側速度制御ループ１と、内側制御ループ２と、電気的パラメータを測定するためのブロック３との現実仕様および機能仕様は、往復圧縮機において使用されている電気モータＭＴの形式に依存するであろうことが、指摘されるべきである。
とにかく、図２に示されるシステムは、往復圧縮機の電気モータの動作制御を担当し、速度Ｓおよび実効電圧の基準ＴＥの比率が、図１に示されている。
この文脈において、既存の巨大な問題が、述べられかつ図示された時間の不一致ＤＳＴおよびモータ速度において結果として生じる変動の存在の中に存在し、かつ、本発明の主な目的が、電気モータの速度が２つの作動圧力レベルＰＴ１およびＰＴ２の間の交替中に最小の変動を有するように、往復圧縮機の電気モータの動作中の前記時間の不一致ＤＳＴを排除するまたは許容可能なレベルまで低減することである、ことに留意されうる。
新システムについて
したがって、図３および図５は、本発明の往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムの好ましい実施形態のブロック図を示す。
次に、これらの図は、外側速度制御ループ１と、内側制御ループ２と、電気モータＭＴの電気的パラメータおよび／または機械的パラメータを測定するためのブロック３と、予測速度制御ループ４とを基本的に備えるシステムを示す。
したがって、図３に示されるシステムと図２に示される従来のシステムとの間の大きな相違が、前記予測速度制御ループ４の追加に存在し、この予測速度制御ループ４の出力信号が、外側速度制御ループ１の出力信号に加算される、すなわち、前記内側ループ２を用いてモータに印加されるべき実効電圧に比例した最終信号基準ＴＥが、従来の速度コントローラＶｃおよび予測コントローラΔＶｊ，ｉ−１の出力の合計になるであろう、ことが確認されうる。
一般に、速度制御の前記予測ループ４は、速度コントローラ４１、処理コア４２および信号遅延回路４３を本質的に備える。
好ましくは、本発明によれば、処理コア４２は、各冷凍サイクルＣＲをサブサイクル数Ｍまたは仮想セクタＪに分割して、これらのセクタのそれぞれの平均速度を測定することが可能なブロックを備える。
一般的に、処理コア４２は、予め定義された各仮想セクションＪの往復圧縮機の電気モータＭＴの平均速度のＳｊを測定することを担当することに加えて、予め決定されたサンプリングレートにしたがって、往復圧縮機の電気モータＭＴの動作サイクルの仮想セクタ化を担当する。これら２つの機能は、圧縮機の電気モータの動作のための制御方法の説明から、より良く理解されるであろう。
また、好ましくは、しかも、本発明によれば、速度コントローラ４１は、処理コア４２から定義された各仮想セクタＪのための１つのコントローラを有する好ましくは積分比例型のコントローラの組を備える。
加えて、速度制御の予測ループ４の前記速度コントローラ４１は、各仮想セクタＪのための往復圧縮機の電気モータＭＴの速度補正信号を生成することを担当し、この機能は、圧縮機の電気モータの動作のための制御方法の説明から、より良く理解されることが、指摘されるべきである。
最後に、かつ、さらに本発明によれば、信号遅延回路４３は、各冷凍サイクルＣＲｉの各仮想セクタＪの補正因子を格納するための、かつ、前記補正因子を次の冷凍サイクルＣＲｉ＋１に適用するためのブロックを備える。
簡潔には、信号遅延回路４３は、外側速度制御ループ１の出力信号に加算されるべき予測ループ４の出力信号の遅延を担当すると認められうる。
上述の説明に基づいて、予測速度制御ループ４の出力信号は、外側速度制御ループ１の出力信号に相当する形式の信号を含む、すなわち、予測速度制御ループ４の出力信号は、モータに印加されるべき実効電圧に比例する信号を含むことが、強調されるべきである。
したがって、本システムの場合には、外側速度制御ループ１の出力信号Ｖｃは、予測速度制御ループ４の出力信号にインクリメントされ、すなわち、信号ΔＶｊ，ｉ−１および信号のそのような合計は、内側制御ループ２に送られ、内側制御ループ２は、当業者に知られているように、前記使用される制御戦略に基づいて電気モータＭＴへの電気供給を効果的に供給し、使用される制御戦略は、以前に述べているように、モータを駆動するために存在する制御戦略、例えば、６ステップ形式、ベクトル形式、トルク直接制御形式などのいずれかとすることができる。
予測速度制御ループ４の作動は、全ての目的において、遅延され、すなわち、サイクルＣＲｉ中に予測速度制御ループ４によって提供される信号のインクリメントは、次の冷凍サイクルＣＲｉ＋１においてのみ生じることが、指摘されるべきである。同様に、この態様は、圧縮機の電気モータの動作のための制御方法の説明からより良く理解されるであろう。
任意選択で、かつ、図５に示されるように、往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムは、また、第２処理コア４４を備えることができ、第２処理コア４４は、予測速度制御ループ４の処理コア４２によって予め定義される各冷凍サイクルＣＲにおける全ての仮想セクタＪの間で基準ＳＲＥＦと比較して、往復圧縮機の電気モータの最大速度減少ΔＳｍａｘを測定することを担当する。
往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムのこの任意選択の実施形態は、前記第２処理コア４４の追加を伴ってさえ、システムの簡素化である。というのは、結局、前記第２処理コア４４が、各冷凍サイクルの範囲内で最大速度減少Ｓを探すことを目的とするためである。その入力ΔＳｍａｘは、速度コントローラ４１の入力において使用される。これは、最も上昇された作動圧力ＰＴ１の印加中に外側速度制御ループ１に対して合計されるべき単一の速度補正因子を生成するであろう、好ましくは比例かつ積分型のコントローラに対して、減少されうる。ブロック４１は、図３に示されるようなコントローラの組からではなく、むしろ単一のコントローラから構成されるという事実に、注意が引き付けられるべきである。
新システムの新しい方法について
図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示されるように、（往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムによって設計された）往復圧縮機の電気モータの動作のための制御方法は、冷凍サイクルＣＲ１において起動され、かつ、冷凍サイクルＣＲ２においてのみ効果的に作動を開始することが、確認される。先行するサイクルにおいて、本方法のアクティブ化、すなわち、予測コントローラのアクティブ化、冷凍サイクルＣＲ０は、既に図１に示されているように、従来の速度ループを用いてのみ動作する。
提案された方法、すなわち、予測コントローラは、サイクルＣＲ１でアクティブ化されるにもかかわらず、この冷凍サイクルＣＲ１が動作中にあるとき、前記方法が予め電気モータＭＴの特定の制御パラメータを検査する必要があるという事実により、サイクルＣＲ２においてのみ作動を開始する。したがって、次に、前記方法は、負荷の変動プロファイルを次第にコピーするために、かつ、速度変化Ｓを排除するようにコントローラの出力を適切に補正するために、先行するサイクルにおいて読み出された変動の履歴を常に使用して、冷凍サイクルＣＲ２、３、Ｎにおいて作動することを開始する。
とにかく、往復圧縮機の電気モータの動作のための前記制御方法は、以下の工程を用いて、詳細に説明されることができる。
工程１：第１冷凍サイクルＣＲ１を、既知のサンプリングレートにしたがって、複数の仮想セクタＪ＝１，２，３，…，Ｍに離散化すること。
工程２：図３に示される合成コントローラ４１における適用のための冷凍サイクルの各仮想セクタＪにおいて速度誤差を決定すること。
工程３：サイクルＣＲｉ＋１における各適用のために、サイクルＣＲiの各セクタＪの補正因子ΔＶJ,Iを取得すること。
工程４：サイクルＣＲｉの各セクタＪの前記補正因子ΔＶJ,IをサイクルＣＲｉ＋１に適用して、次のサイクルＣＲｉ＋２における適用のために、サイクルＣＲｉ＋１における処理をこれから繰り返すために工程３に戻ること。
図４Ａは、工程１を示し、工程１において、第１冷凍サイクルＣＲ１は、既知のサンプリングレートにしたがって、複数の仮想セクタＪに離散化されている。この離散化は、予測速度制御ループ４の処理コア４２を介して実行されうる。図４Ａは、１０個の仮想セクタＪ＝１，２，３，…，１０に離散化された第１冷凍サイクルＣＲ１を例示している。
さらに、図４Ａから、１０個の仮想セクタＪのそれぞれは、速度Ｓｊの異なる値を有し、その結果として、工程３に示されるように、第１冷凍サイクルＣＲ１の各仮想セクタＪにおける速度補正因子を決定することが可能であることが、確認されうる。
この速度補正因子は、既に当業者に知られているいくつかの方法によって決定されうる。
好ましくは、この算出は、工程２で説明されるように、実際の速度値を基準速度値ＳＲＥＦと比較することによってなされる。これらの値の間の相違は、前記速度補正因子の大きさを決めるためのパラメータとして使用される。この場合における前記速度補正因子は、ブロック４１の出力における値ΔＶＪ，１であり、値ΔＶＪ，１は、電気モータＭＴに供給されるべき実効基準電圧ＴＥを取得するために、ブロック１１の従来のコントローラＶｃの出力に加算されるであろう。したがって、実際の速度と基準速度との相違が増加するにつれて、速度補正因子はより高くなり、その結果として、電気モータＭＴに供給されるべき実効基準電圧ＴＥの振幅がより高くなるであろう。
工程１の離散化サンプリングレートが高くなるにつれて、工程３の速度補正因子の精度が高くなる。
さらに、工程３において、速度補正因子は、第１冷凍サイクルＣＲ１中に適用される必要なしに算出のみされることを、言及する価値がある。
それにもかかわらず、これからの詳細な方法によれば、第１冷凍サイクルＣＲ１における遅延が、全体として生じることが予想される。それにもかかわらず、工程３および工程４ならびにその系統的な繰り返しは、後続の冷凍サイクルＣＲＮから、この遅延が克服されることを可能にする。
したがって、図４Ｂに示されるように、後続の冷凍サイクルＣＲ２は、第１冷凍サイクルＣＲ１の離散化に使用されるサンプルレートに応じた複数の仮想セクタＪに離散化される。この図に示されている場合、後続の冷凍サイクルＣＲ２は、また、１０個の仮想セクタＪに離散化される。
一旦、工程３において定義されるように、１０個の仮想セクタＪのそれぞれの速度補正因子が既知であれば、この同一の速度補正因子を、図４Ｂに描かれるように、後続の冷凍サイクルＣＲ２の同等の仮想セクタＪ＝１，２，３，…，１０に適用するのに十分であろう。
後続の冷凍サイクルＣＲ２における（第１冷凍サイクルＣＲ１において決定される）これらの速度補正因子の適用自体は、予測速度制御ループ４の速度コントローラ４１によって達成される。
明らかに、そのような複数の速度補正因子であって、それぞれが仮想セクタＪの１つに具体的に適している複数の速度補正因子は、遅延された形態において適用され（結局、第１冷凍サイクルの速度補正因子は、後続の冷凍サイクルにおいてのみ使用される）、この遅延は、いわば、予測速度制御ループ４の信号遅延回路４３によって制御される、ことが考えられうる。
図４Ｃにおいて、図４Ｃでは、全てのサイクルが一度に図示され、工程２、３、および４は、第３冷凍サイクルＣＲＮにおいて繰り返される。
この場合には、第２冷凍サイクルが第１冷凍サイクルから「遅延された」速度補正因子に適用されることに加えて、開示された本方法の工程１および工程２も同時に実行されていることが、強調されるべきである。これは、第３冷凍サイクルが第２冷凍サイクルからの速度補正因子を受け取ることを可能にする。
したがって、第３冷凍サイクルにおいて使用される速度補正因子は、往復圧縮機のモータの速度制御の実際の必要性のために調整されている。
その結果として、図４Ｃに示されるように、提示された本方法は、全ての冷凍サイクルにおいて連続的に実行される条件では、実際の速度値Ｓを理想的な速度値ＳＲＥＦに極めて近くなるように維持することができる。
図４Ｃから、サイクルからサイクルの間の傾向は、モータの一定の基準電圧値に向かいがちな従来のコントローラの出力であり、一方、予測コントローラの出力は、最も高い圧力レベルの入力を補い、かつモータの速度が基準値ＳＲＥＦに向かう傾向があることを観察することが重要である。
さらに、好ましくは、速度補正因子の制御は、積分比例型でありうるものであり、積分比例型の速度補正因子は、基準速度ＳＲＥＦから、およびセクタｊのそれぞれの範囲内で計算される平均速度Ｓｊ，ｉから算出され、添え字「ｉ」は、コントローラの作動の現在のサイクルを表し、コントローラのそれぞれの出力は、次の冷凍サイクルにおける外側速度制御１の速度コントローラ１１の出力（ＴＥ１，ｉ＋１＝Ｖｃ＋ＤＶ１，ｉ；ＴＥ２，ｉ＋１＝Ｖｃ＋ＤＶ２，ｉ；…；ＴＥＭ，ｉ＋１＝Ｖｃ＋ＤＶＭ，ｉ）に合計されるべき補正因子（ＤＶ１，ｉ＝ＤＶ１，ｉ−１＋Ｋ＊（ＳＲＥＦ−Ｓ１，ｉ）；ＤＶ２，ｉ＝ＤＶ２，ｉ−１＋Ｋ＊（ＳＲＥＦ−Ｓ２，ｉ）；…；ＤＶＭ，ｉ＝ＤＶＮ，ｉ−１＋Ｋ＊（ＳＲＥＦ−ＳＭ，ｉ））であろうことに、留意されるべきである。
要するに、その結果、往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムによって実行される往復圧縮機の電気モータの動作のための制御方法にしたがって、本発明のシステムの結果と最先端の方法のシステムの結果との間の基本的な相違が、今や解決策が提示されているという事実において存在し、この解決策は、負荷の繰り返し特性による圧縮機の電気モータの回転振動を予め排除するために、先行するサイクルの負荷の最適化されたフォーマットをサイクルからサイクルの間にコピーする、ことが認められうる。
任意選択で、かつ、（図５に示されるような、第２処理コア４４を備える）往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムの予測速度制御ループ４の任意選択の変更に基づいて、速度補正因子は、最も上昇した作動圧力レベルＰＴ１があらわれる瞬間においてのみ適用されうる。
この場合、図６に示されるように、前記速度補正因子は、次のサイクルにおける従来のコントローラの出力に加算されるように常に更新される。このように、また、図４Ｃの場合におけるように、サイクルからサイクルの間の傾向は、モータの一定の基準電圧値に向かいがちな従来のコントローラの出力であり、一方、予測コントローラの出力は、最も高い圧力レベルの入力を補い、かつ、モータの速度が基準値に向かう傾向がある。
以上で説明されかつ図示された本発明の実施形態を考慮すると、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の内容によってのみ制限され、可能な均等物を含むことが、明らかであるはずである。
本発明は、圧縮機の電気モータの動作を制御するためのシステムおよび圧縮機の電気モータの動作を制御するための方法に、より詳しくは、例えば、２重蒸発システムにおいて使用される圧縮機において生じるような少なくとも２つの異なるレベルの作動圧力にさらされる（好ましくは往復）圧縮機のための適応システムおよび適応方法に、関する。
概して、本発明は、圧縮機の作動圧力の変更中に、電気モータの速度を減少させることを意図する。
当業者に知られているように、圧縮機、特に往復圧縮機は、圧縮室の容量を制御可能に変更することによって作動流体圧力を変更することができる装置を備え、圧縮室は、通常、作動流体を受け入れるシリンダ室と可動ピストンとによって画定される。したがって、圧縮室の容積は、その内部における可動ピストンの変位に応じて、交互に変更される（減少され、かつ増加される）。入口および作動流体の除去は、吸入弁と排気弁を介して整然と処理され、それらの状態を交互にシフトさせる。
従来の往復圧縮機では、可動ピストンの代替運動は、回転運動における回転駆動力に由来し、特に、回転シャフトに設けられた電気モータに由来する。従来の実施形態では、電気モータのシャフトの前記回転運動は、直線棒と協働する偏心シャフトを介して代替運動に変換され、直線棒は代替ピストンに接続されている。これは、モータシャフトの回転運動が、代替ピストンに与えられた代替（前後）運動に変換されることを意味する。
従来、電気モータの電気的パラメータおよび機械的パラメータが、圧縮サイクルに沿って異なる干渉および振動を受けることが、観察される。
例えば、電気モータの電流が、圧縮シリンダの圧力が増加するにつれて増加する傾向があることが、知られている。圧力増加中の電気モータの電流の間のこの比率は、ピストンが高圧力下で圧縮シリンダの内部にある排出弁の開放に先立ってその正の最大変位に到達して最大の圧縮圧力を生成するときに、（より多くの電流を消費する）電気モータによってなされる余分な労力のため、生じる。
また、電気モータの速度が、圧縮シリンダの圧力が増加するにつれて減少する傾向があることが、知られている。圧力増加中の電気モータの速度間のこの比率は、また、代替ピストンが高圧力下で圧縮シリンダの内部でその正の最大変位に到達して最大の圧縮圧力を生成するときに、電気モータによってなされるより高い労力に起因する（その公称速度の維持に対するより高い障害が生じる）。
この文脈では、作動流体が異なる圧力レベルに到達するシステムにおいて往復圧縮機が使用されうることは、当業者にも知られている。このシステム形式の例は、異なる温度範囲において動作する、かつ、その結果として異なる圧力範囲において動作する独立した蒸発器を備える冷凍システムを指す。
この冷凍システム形式の実施形態は、各蒸発器が往復圧縮機の吸入口に直接に接続された２重蒸発冷凍システムを教示する国際特許出願第ＰＣＴ／ＢＲ２０１１／０００１２０号に開示されている。その結果として、前記往復圧縮機は、単一の圧縮室を有する２重吸入往復圧縮機を備える。特に、この場合、２つの作動流体からの１つの選択は、圧縮機自体の中に配置された弁を介して実行される。
また、現在の最先端が、２重蒸発冷凍システムを提供し、この２重蒸発冷凍システムでは、（異なる作動圧力を有する）複数の異なる蒸発器が外部選択弁に接続され、この外部選択弁が唯一の往復圧縮機の吸入口に接続された単一の出口を有することを、言及する価値がある。この配置の例は、米国特許第５，５３１，０７８号明細書に開示されている。
両方の例において、同一の圧縮室が、異なる時間に、異なる圧力レベルにさらされる。その結果として、圧縮機構とその駆動力（電気モータ）は、２つの異なる労力レベルにさらされる。
以前に言及したように、（単一の作動流体を用いた）圧縮サイクル中に圧力を単に変更することによって、電気モータの速度を損なうのに既に十分である。（国際特許出願第ＰＣＴ／ＢＲ２０１１／０００１２０号または米国特許第５，５３１，０７８号明細書のどちらかに記載されているように）２重蒸発圧縮機の場合、電気モータの速度減少の影響は、さらに深刻である。
これは、電気モータが、より高い圧力の作動流体サイクルの全体中の速度において実質的な減少を示す傾向があるという事実に起因する。この速度の低下は、往復圧縮機の性能を損なうことは明らかである。というのは、これが、より高い圧力の蒸発器に対する冷凍能力における減少を示し、その結果として、全体として冷凍システムの性能における減少がある、ためである。
しかし、往復圧縮機の電気モータの動作制御のための従来のシステムおよび方法は、一体的に反応する、すなわち、それらは、実質的な速度の低下が予め検出された後にのみ、制御動作における増加（通常は、速度減少の補正のための電気モータへの電圧供給）を予測する。
通常、これは、速度コントローラの設計において、非常に迅速な応答を有することを意味し、非常に迅速な応答は、一般的に、システム全体の実質的な消耗につながる。任意選択で、これは、また、速度コントローラの設計において、非常に遅い応答を有することを意味し、非常に遅い応答は、通常、往復圧縮機の電気モータの速度の変動を十分には排除しない。
“Ａ ｎｏｖｅｌ ｌｏａｄ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｎ ａ ｓｅｎｓｏｒ−ｌｅｓｓ ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ ｆｏｒ ａ ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ”という表題の論文である先行技術文献は、２つの方法から構成された負荷変動補償アルゴリズムを開示する。第１に、モータに印加されるＰＷＭ電圧は、瞬間速度変動を補償するために、増加または減少される。転換点は、ＺＣＰの検出後の端子電圧の積分から予測されることができ、瞬間速度変動は、転換時間を調整することによって補償されることを、第２の代替案は開示している。
先行技術の別の例、文献米国特許出願公開第２０１１／２３４１４４号明細書は、モータ制御装置を提示する。このモータ制御装置では、速度角が推定され、負荷トルクが推定された後に算出され、それの全ての後に、トルク補償電流が、速度変動を低減するために適用される。
文献欧州特許出願公開第２０２３４８０号明細書は、ベクトル制御を実行するモータ制御装置を開示する。このモータ制御装置では、共振フィルタが、補正されたトルク電流値を生成し、その後、重畳されたトルク電流値に基づいてベクトル制御を調整する。
さて、文献米国特許出願公開第２００４／０７０３６４号明細書は、３相電圧発生器と、回転／固定座標変換器と、推定された回転角を受け取る制御ブロックとを備えるモータを制御するためのシステムを開示する。このシステムでは、速度補正は、前記推定された回転角に依存する。
文献欧州特許出願公開第２４９８３９５号明細書は、制御電圧値によって電気モータを制御するための予測制御システムを開示する。この予測制御システムでは、制御電圧値は、平均電圧に制御の瞬間速度と平均速度との間の除算の結果を掛け合わせることによって算出される。
さらなる先行技術文献の日本国特開平０３−７０８１号は、回転速度に応じた周期的な振動から速度を推定することを通じてモータを制御するための速度制御システムを開示する。
米国特許第４７３６１４３号明細書は、メインシャフトを介してモータによって駆動される圧縮機用のトルク制御装置を開示する。このトルク制御装置では、トルク変動によるメインシャフトの回転速度の変動は、メインシャフトの回転の選択された角度位置において検出される。
最後に、先行技術文献の欧州特許第１５１９０４６号明細書は、モータの速度誤差を補償するための装置を開示する。この装置は、負荷特性に起因するモータの速度リップルを低減することができ、かつ、また、振動および騒音を低減することができる。
米国特許第５，５３１，０７８号明細書 米国特許出願公開第２０１１／２３４１４４号明細書 欧州特許出願公開第２０２３４８０号明細書 米国特許出願公開第２００４／０７０３６４号明細書 欧州特許出願公開第２４９８３９５号明細書 特開平０３−７０８１号公報 米国特許第４７３６１４３号明細書 欧州特許出願公開第１５１９０４６号明細書
上述の欠点の観点から、かつ、それらを排除する必要性により、本発明が開発されている。
これにより、本発明の目的の１つは、電気モータの電圧を、予想通りに、すなわち、その速度低下の最初の瞬間に先立って、増加させることができる圧縮機の電気モータの動作のための制御システムおよび制御方法を提供することである。
本発明の別の目的は、圧縮機の電気モータの動作のための前記制御システムおよび前記制御方法を提供することであり、前記制御システムおよび前記制御方法は、圧縮機の圧縮機構が２重蒸発冷凍システム内の２つの可能な異なる作動圧力の間の変動にさらされる場合に、電気モータ速度の変動を、排除する、または許容可能な値まで減少させることができる。
これらの全ての目的は、圧縮機の電気モータの動作のための制御システムおよび圧縮機の電気モータの動作のための制御方法によって、完全に達成され、これらの両方が本発明の目的である。
一般的に言えば、圧縮機の電気モータの動作のための制御システムは、少なくとも１つの速度コントローラと、少なくとも１つの内側制御ループと、電気モータの電気的パラメータを測定するための少なくとも１つのブロックとによって構成された外側速度制御ループによって形成された少なくとも１つの電気モータ制御のサブシステム、および、少なくとも１つの速度コントローラと、少なくとも１つの処理コアと、少なくとも１つの信号遅延回路とを備える少なくとも１つの予測速度制御を備え、前記予測ループの出力信号は、外側制御速度ループの出力信号に加算される。
本発明によれば、前記速度コントローラは、圧縮機の電気モータの速度補正信号を生成することを許可する。
処理コアに関しては、それは、圧縮機の電気モータの動作サイクルの予め決定されたサンプリングレートにしたがう、仮想セクタ化を担当し、かつ、予め定義された各仮想セクタの圧縮機の電気モータの平均速度を測定することを担当する。
次に、信号遅延回路は、速度制御外側ループの出力信号に加算されるべき予測ループの出力信号を担当する。
任意選択で、かつ、さらに本発明によれば、前記予測ループは、処理コアによって予め定義された各仮想セクタの圧縮機の電気モータの速度ピークを測定するための第２処理コアをさらに備える。
圧縮機の電気モータの動作のための制御方法であって、前記圧縮機は、サイクルにおいて代替的に切り換えられる２つの異なる作動圧力レベルを有する２重蒸発冷凍システムにおいて作動可能である制御方法は、第１冷凍サイクルを既知のサンプリングレートにしたがって複数の仮想セクタに離散化する少なくとも１つの工程と、第１冷凍サイクルの各仮想セクタにおける速度補正因子を決定するための少なくとも１つの工程と、後続の冷凍サイクルを第１冷凍サイクルの離散化において使用されるサンプリングレートにしたがって複数の仮想セクタに離散化する少なくとも１つの工程と、第１冷凍サイクルの各速度補正因子を後続の冷凍サイクルの同等の仮想セクタに適用する少なくとも１つの工程とを備える。
好ましくは、仮想セクタのそれぞれは、圧縮機の圧縮サイクルの内部での電気モータの機械的な回転、または、さらに、圧縮機の圧縮サイクルのそれぞれの任意の約数を、備える。
全ての工程が、複数の冷凍サイクルに沿って、圧縮機の動作中に繰り返され、任意選択で、後続の冷凍サイクルの同等の仮想セクタにおける第１冷凍サイクルの各速度補正因子の適用が、より高い圧力レベル中にのみ生じることが、さらに好ましい。
本発明は、以下の図面に基づいて、以下で詳細に説明されるであろう。
図１は、従来の速度コントローラ形式が使用される場合に、異なる圧力レベル間の変更による電気モータの速度変動を参照するグラフを示す。 図２は、図１のグラフを担当する往復圧縮機の電気モータの動作のための従来の制御システムのブロック図を示す。 図３は、本発明の往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムの第１ブロック図を示す。 図４Ａは、図３に描かれる往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムを使用する場合に、２つの異なる圧力レベル間の変更による電気モータの速度変動を参照するグラフを示す。 図４Ｂは、図３に描かれる往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムを使用する場合に、２つの異なる圧力レベル間の変更による電気モータの速度変動を参照するグラフを示す。 図４Ｃは、図３に描かれる往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムを使用する場合に、２つの異なる圧力レベル間の変更による電気モータの速度変動を参照するグラフを示す。 図５は、本発明の往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムの第２ブロック図を示す。 図６は、図５に描かれる往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムを使用する場合に、２つの異なる圧力レベル間の変更による電気モータの速度変動を参照するグラフを示す。
本方法について
図１は、２重蒸発冷凍システムにおいて使用される、すなわち、少なくとも２つの異なる作動圧力レベルＰＴ１およびＰＴ２を有する往復圧縮機を提供する冷凍システムにおいて使用される往復圧縮機の電気モータの、速度Ｓと実効電圧に比例する信号ＴＥとの間の関係グラフを図式的に示す。既に当業者に知られているように、往復圧縮機において、これらの２つのパラメータ（モータ速度およびモータ電圧）の間に固有の比率が存在する。
図１に関して、２つの作動圧力レベルＰＴ１およびＰＴ２は、さらに、冷凍サイクルＣＲに沿って常に繰り返されている。それにもかかわらず、２重蒸発冷凍システムにおける２つの作動圧力レベルＰＴ１およびＰＴ２の間のこのような交替が、一定の持続時間を有する冷凍サイクルＣＲにおいて常に定義されているわけではないことが、指摘されねばならない。当業者に知られているように、２つの作動圧力レベルＰＴ１およびＰＴ２間の変更は、弁の配置によって達成される。この弁の配置は、（国際特許出願第ＰＣＴ／ＢＲ２０１１／０００１２０号に記載されているように）往復圧縮機自体に、または、（米国特許第５，５３１，０７８号明細書に記載されているように）冷凍システムにおける任意の場所に、配置される。
とにかく、かつ、以前に記載されているように、電気モータの速度Ｓが、冷凍サイクルＣＲに沿って、特に、２つの作動圧力レベルＰＴ１およびＰＴ２間の交替中に、２つの変動を受けることが、さらに観察される。
電気モータの速度Ｓの変動が往復圧縮機の圧縮の効率に有害であることは、明らかである。
この問題を解決するために、往復圧縮機の電気モータが、電気モータの動作を制御することに特に専用される速度ループによって制御されることが、一般的である。一般に、このような速度ループは、速度Ｓの低下が検出されるとすぐに、電気モータにおける基準ＴＥを変化させることによって、実効電圧を供給することを意図している。
当業者に知られているように、電気モータの動作のための本制御システムは、動作ロジック、すなわち動作方法にしたがって、作動する。本制御方法によれば、電気モータにおける実効電圧の基準ＴＥは、速度Ｓの低下がはっきりと検出された後にのみ増加される。
これは、電気モータは、速度Ｓの低下が生じた後に実効電圧ＴＥのインクリメントを受けることを意味する。図１において、速度Ｓの低下の開始は、基準ＱＶＥで示されている。
一旦、電圧の基準ＴＥの電圧におけるインクリメントが、受動的形態で行われると、このスティミュラス（速度Ｓにおける増加）への応答が遅れにおいて生じることが、確認されている。その結果として、速度Ｓの減少ＱＶＥが生じた時刻と、実効電圧の基準ＴＥの増加が生じる時刻（増加の時間は、基準ＩＴＥを通じて図１に示されている）との間の時間の不一致ＤＳＴに接することがありえる。この時間の不一致は、速度ループによって使用されるサンプリング周期によって与えられる。
図１において、サンプリング周期は、圧縮機の電気モータの機械的回転に等しく、その後、電圧基準ＴＥの前に圧縮機の電気モータの全１回転がインクリメントされることが確認される。明らかに、このインクリメントの作動速度は、増加されることができ、すなわち、サンプリング周期を増加させるが、たとえそうであったとしても、このインクリメントが常に反応的な形態において生じるので、すなわち、常にサンプリング周期の後に生じるので、より長いまたはより短い時間の不一致ＤＳＴが存在するであろう。
本システムについて
上述のロジックを担当するシステムは、図２に図式的に示されている。
図２に示される往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムは、当業者に既に知られている配置を備え、すなわち、留意されうるように、このシステムが、外側速度制御ループ１と、内側制御ループ２と、電気的パラメータを測定するための少なくとも１つのブロック３と、明らかに１つの電気モータＭＴとを本質的に備える。
当業者に知られているように、外側速度制御ループ１は、少なくとも１つの速度コントローラ１１を備え、全ての目的において、少なくとも１つの速度コントローラ１１は、電気モータの実効電圧Ｓの基準ＴＥのインクリメントの振幅を制御する電子回路を指す。一般に、速度コントローラ１１は、通常、比例積分型であり、かつ、電気モータＭＴの機械的（速度）周波数に等しいまたはそれよりも高い更新周波数を通常有する。
図２において、例えば、速度コントローラ１１は、電気モータＭＴの各機械的回転においてモータに印加される実効電圧に比例するその出力信号ＴＥを更新する。この形式のコントローラは、常に、反応的な形態において作動し、すなわち、その入力における誤差変動が、その後に出力が補正されるように生じることが、必要とされる。
当業者にまたよく知られている内側制御ループ２（その出力は、電圧ではなく、むしろ電圧に比例した値）は、少なくとも１つの効力係数２１を備え、この内側制御ループ２は、全ての目的において、電気モータに電気的に供給することが可能である周波数インバータを指す。内側制御ループ２は、また、以下の形式：６ステップ、ベクトル制御、直接トルク制御トルク、または電気モータ制御のための任意の他の従来の手法でありうる制御ブロック２２によって形成される。
その上、また、当業者の知識にしたがうと、電気的パラメータおよび／または機械的パラメータを測定するためのブロック３は、一般に、往復圧縮機のモータの、電流の電圧、位置の電圧および公称速度の電圧を測定するための回路を備えることができる。この形式の回路は、非常に一般的であり、既知の異なる構成を備えることができる。
電気モータＭＴは、交流型または直流型であることができる従来の電気モータを含む。
外側速度制御ループ１と、内側制御ループ２と、電気的パラメータを測定するためのブロック３との現実仕様および機能仕様は、往復圧縮機において使用されている電気モータＭＴの形式に依存するであろうことが、指摘されるべきである。
とにかく、図２に示されるシステムは、往復圧縮機の電気モータの動作制御を担当し、速度Ｓおよび実効電圧の基準ＴＥの比率が、図１に示されている。
この文脈において、既存の巨大な問題が、述べられかつ図示された時間の不一致ＤＳＴおよびモータ速度において結果として生じる変動の存在の中に存在し、かつ、本発明の主な目的が、電気モータの速度が２つの作動圧力レベルＰＴ１およびＰＴ２の間の交替中に最小の変動を有するように、往復圧縮機の電気モータの動作中の前記時間の不一致ＤＳＴを排除するまたは許容可能なレベルまで低減することである、ことに留意されうる。
新システムについて
したがって、図３および図５は、本発明の往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムの好ましい実施形態のブロック図を示す。
次に、これらの図は、外側速度制御ループ１と、内側制御ループ２と、電気モータＭＴの電気的パラメータおよび／または機械的パラメータを測定するためのブロック３と、予測速度制御ループ４とを基本的に備えるシステムを示す。
したがって、図３に示されるシステムと図２に示される従来のシステムとの間の大きな相違が、前記予測速度制御ループ４の追加に存在し、この予測速度制御ループ４の出力信号が、外側速度制御ループ１の出力信号に加算される、すなわち、前記内側ループ２を用いてモータに印加されるべき実効電圧に比例した最終信号基準ＴＥが、従来の速度コントローラＶｃおよび予測コントローラΔＶｊ，ｉ−１の出力の合計になるであろう、ことが確認されうる。
一般に、速度制御の前記予測ループ４は、速度コントローラ４１、処理コア４２および信号遅延回路４３を本質的に備える。
好ましくは、本発明によれば、処理コア４２は、各冷凍サイクルＣＲをサブサイクル数Ｍまたは仮想セクタＪに分割して、これらのセクタのそれぞれの平均速度を測定することが可能なブロックを備える。
一般的に、処理コア４２は、予め定義された各仮想セクションＪの往復圧縮機の電気モータＭＴの平均速度のＳｊを測定することを担当することに加えて、予め決定されたサンプリングレートにしたがって、往復圧縮機の電気モータＭＴの動作サイクルの仮想セクタ化を担当する。これら２つの機能は、圧縮機の電気モータの動作のための制御方法の説明から、より良く理解されるであろう。
また、好ましくは、しかも、本発明によれば、速度コントローラ４１は、処理コア４２から定義された各仮想セクタＪのための１つのコントローラを有する好ましくは積分比例型のコントローラの組を備える。
加えて、速度制御の予測ループ４の前記速度コントローラ４１は、各仮想セクタＪのための往復圧縮機の電気モータＭＴの速度補正信号を生成することを担当し、この機能は、圧縮機の電気モータの動作のための制御方法の説明から、より良く理解されることが、指摘されるべきである。
最後に、かつ、さらに本発明によれば、信号遅延回路４３は、各冷凍サイクルＣＲｉの各仮想セクタＪの補正因子を格納するための、かつ、前記補正因子を次の冷凍サイクルＣＲｉ＋１に適用するためのブロックを備える。
簡潔には、信号遅延回路４３は、外側速度制御ループ１の出力信号に加算されるべき予測ループ４の出力信号の遅延を担当すると認められうる。
上述の説明に基づいて、予測速度制御ループ４の出力信号は、外側速度制御ループ１の出力信号に相当する形式の信号を含む、すなわち、予測速度制御ループ４の出力信号は、モータに印加されるべき実効電圧に比例する信号を含むことが、強調されるべきである。
したがって、本システムの場合には、外側速度制御ループ１の出力信号Ｖｃは、予測速度制御ループ４の出力信号にインクリメントされ、すなわち、信号ΔＶｊ，ｉ−１および信号のそのような合計は、内側制御ループ２に送られ、内側制御ループ２は、当業者に知られているように、前記使用される制御戦略に基づいて電気モータＭＴへの電気供給を効果的に供給し、使用される制御戦略は、以前に述べているように、モータを駆動するために存在する制御戦略、例えば、６ステップ形式、ベクトル形式、トルク直接制御形式などのいずれかとすることができる。
予測速度制御ループ４の作動は、全ての目的において、遅延され、すなわち、サイクルＣＲｉ中に予測速度制御ループ４によって提供される信号のインクリメントは、次の冷凍サイクルＣＲｉ＋１においてのみ生じることが、指摘されるべきである。同様に、この態様は、圧縮機の電気モータの動作のための制御方法の説明からより良く理解されるであろう。
任意選択で、かつ、図５に示されるように、往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムは、また、第２処理コア４４を備えることができ、第２処理コア４４は、予測速度制御ループ４の処理コア４２によって予め定義される各冷凍サイクルＣＲにおける全ての仮想セクタＪの間で基準ＳＲＥＦと比較して、往復圧縮機の電気モータの最大速度減少ΔＳｍａｘを測定することを担当する。
往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムのこの任意選択の実施形態は、前記第２処理コア４４の追加を伴ってさえ、システムの簡素化である。というのは、結局、前記第２処理コア４４が、各冷凍サイクルの範囲内で最大速度減少Ｓを探すことを目的とするためである。その入力ΔＳｍａｘは、速度コントローラ４１の入力において使用される。これは、最も上昇された作動圧力ＰＴ１の印加中に外側速度制御ループ１に対して合計されるべき単一の速度補正因子を生成するであろう、好ましくは比例かつ積分型のコントローラに対して、減少されうる。ブロック４１は、図３に示されるようなコントローラの組からではなく、むしろ単一のコントローラから構成されるという事実に、注意が引き付けられるべきである。
新システムの新しい方法について
図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示されるように、（往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムによって設計された）往復圧縮機の電気モータの動作のための制御方法は、冷凍サイクルＣＲ１において起動され、かつ、冷凍サイクルＣＲ２においてのみ効果的に作動を開始することが、確認される。先行するサイクルにおいて、本方法のアクティブ化、すなわち、予測コントローラのアクティブ化、冷凍サイクルＣＲ０は、既に図１に示されているように、従来の速度ループを用いてのみ動作する。
提案された方法、すなわち、予測コントローラは、サイクルＣＲ１でアクティブ化されるにもかかわらず、この冷凍サイクルＣＲ１が動作中にあるとき、前記方法が予め電気モータＭＴの特定の制御パラメータを検査する必要があるという事実により、サイクルＣＲ２においてのみ作動を開始する。したがって、次に、前記方法は、負荷の変動プロファイルを次第にコピーするために、かつ、速度変化Ｓを排除するようにコントローラの出力を適切に補正するために、先行するサイクルにおいて読み出された変動の履歴を常に使用して、冷凍サイクルＣＲ２、３、Ｎにおいて作動することを開始する。
とにかく、往復圧縮機の電気モータの動作のための前記制御方法は、以下の工程を用いて、詳細に説明されることができる。
工程１：第１冷凍サイクルＣＲ１を、既知のサンプリングレートにしたがって、複数の仮想セクタＪ＝１，２，３，…，Ｍに離散化すること。
工程２：図３に示される合成コントローラ４１における適用のための冷凍サイクルの各仮想セクタＪにおいて速度誤差を決定すること。
工程３：サイクルＣＲｉ＋１における各適用のために、サイクルＣＲｉの各セクタＪの補正因子ΔＶＪ，Iを取得すること。
工程４：サイクルＣＲｉの各セクタＪの前記補正因子ΔＶＪ，IをサイクルＣＲｉ＋１に適用して、次のサイクルＣＲｉ＋２における適用のために、サイクルＣＲｉ＋１における処理をこれから繰り返すために工程３に戻ること。
図４Ａは、工程１を示し、工程１において、第１冷凍サイクルＣＲ１は、既知のサンプリングレートにしたがって、複数の仮想セクタＪに離散化されている。この離散化は、予測速度制御ループ４の処理コア４２を介して実行されうる。図４Ａは、１０個の仮想セクタＪ＝１，２，３，…，１０に離散化された第１冷凍サイクルＣＲ１を例示している。
さらに、図４Ａから、１０個の仮想セクタＪのそれぞれは、速度Ｓｊの異なる値を有し、その結果として、工程３に示されるように、第１冷凍サイクルＣＲ１の各仮想セクタＪにおける速度補正因子を決定することが可能であることが、確認されうる。
この速度補正因子は、既に当業者に知られているいくつかの方法によって決定されうる。
好ましくは、この算出は、工程２で説明されるように、実際の速度値を基準速度値ＳＲＥＦと比較することによってなされる。これらの値の間の相違は、前記速度補正因子の大きさを決めるためのパラメータとして使用される。この場合における前記速度補正因子は、ブロック４１の出力における値ΔＶＪ，１であり、値ΔＶＪ，１は、電気モータＭＴに供給されるべき実効基準電圧ＴＥを取得するために、ブロック１１の従来のコントローラＶｃの出力に加算されるであろう。したがって、実際の速度と基準速度との相違が増加するにつれて、速度補正因子はより高くなり、その結果として、電気モータＭＴに供給されるべき実効基準電圧ＴＥの振幅がより高くなるであろう。
工程１の離散化サンプリングレートが高くなるにつれて、工程３の速度補正因子の精度が高くなる。
さらに、工程３において、速度補正因子は、第１冷凍サイクルＣＲ１中に適用される必要なしに算出のみされることを、言及する価値がある。
それにもかかわらず、これからの詳細な方法によれば、第１冷凍サイクルＣＲ１における遅延が、全体として生じることが予想される。それにもかかわらず、工程３および工程４ならびにその系統的な繰り返しは、後続の冷凍サイクルＣＲＮから、この遅延が克服されることを可能にする。
したがって、図４Ｂに示されるように、後続の冷凍サイクルＣＲ２は、第１冷凍サイクルＣＲ１の離散化に使用されるサンプルレートに応じた複数の仮想セクタＪに離散化される。この図に示されている場合、後続の冷凍サイクルＣＲ２は、また、１０個の仮想セクタＪに離散化される。
一旦、工程３において定義されるように、１０個の仮想セクタＪのそれぞれの速度補正因子が既知であれば、この同一の速度補正因子を、図４Ｂに描かれるように、後続の冷凍サイクルＣＲ２の同等の仮想セクタＪ＝１，２，３，…，１０に適用するのに十分であろう。
後続の冷凍サイクルＣＲ２における（第１冷凍サイクルＣＲ１において決定される）これらの速度補正因子の適用自体は、予測速度制御ループ４の速度コントローラ４１によって達成される。
明らかに、そのような複数の速度補正因子であって、それぞれが仮想セクタＪの１つに具体的に適している複数の速度補正因子は、遅延された形態において適用され（結局、第１冷凍サイクルの速度補正因子は、後続の冷凍サイクルにおいてのみ使用される）、この遅延は、いわば、予測速度制御ループ４の信号遅延回路４３によって制御される、ことが考えられうる。
図４Ｃにおいて、図４Ｃでは、全てのサイクルが一度に図示され、工程２、３、および４は、第３冷凍サイクルＣＲＮにおいて繰り返される。
この場合には、第２冷凍サイクルが第１冷凍サイクルから「遅延された」速度補正因子に適用されることに加えて、開示された本方法の工程１および工程２も同時に実行されていることが、強調されるべきである。これは、第３冷凍サイクルが第２冷凍サイクルからの速度補正因子を受け取ることを可能にする。
したがって、第３冷凍サイクルにおいて使用される速度補正因子は、往復圧縮機のモータの速度制御の実際の必要性のために調整されている。
その結果として、図４Ｃに示されるように、提示された本方法は、全ての冷凍サイクルにおいて連続的に実行される条件では、実際の速度値Ｓを理想的な速度値ＳＲＥＦに極めて近くなるように維持することができる。
図４Ｃから、サイクルからサイクルの間の傾向は、モータの一定の基準電圧値に向かいがちな従来のコントローラの出力であり、一方、予測コントローラの出力は、最も高い圧力レベルの入力を補い、かつモータの速度が基準値ＳＲＥＦに向かう傾向があることを観察することが重要である。
さらに、好ましくは、速度補正因子の制御は、積分比例型でありうるものであり、積分比例型の速度補正因子は、基準速度ＳＲＥＦから、およびセクタｊのそれぞれの範囲内で計算される平均速度ＳJ，ｉから算出され、添え字「ｉ」は、コントローラの作動の現在のサイクルを表し、コントローラのそれぞれの出力は、次の冷凍サイクルにおける外側速度制御１の速度コントローラ１１の出力（ＴＥ１，ｉ＋１＝Ｖｃ＋ＤＶ１，ｉ；ＴＥ２，ｉ＋１＝Ｖｃ＋ＤＶ２，ｉ；…；ＴＥＭ，ｉ＋１＝Ｖｃ＋ＤＶＭ，ｉ）に合計されるべき補正因子（ＤＶ１，ｉ＝ＤＶ１，ｉ−１＋Ｋ＊（ＳＲＥＦ−Ｓ１，ｉ）；ＤＶ２，ｉ＝ＤＶ２，ｉ−１＋Ｋ＊（ＳＲＥＦ−Ｓ２，ｉ）；…；ＤＶＭ，ｉ＝ＤＶＮ，ｉ−１＋Ｋ＊（ＳＲＥＦ−ＳＭ，ｉ））であろうことに、留意されるべきである。
要するに、その結果、往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムによって実行される往復圧縮機の電気モータの動作のための制御方法にしたがって、本発明のシステムの結果と最先端の方法のシステムの結果との間の基本的な相違が、今や解決策が提示されているという事実において存在し、この解決策は、負荷の繰り返し特性による圧縮機の電気モータの回転振動を予め排除するために、先行するサイクルの負荷の最適化されたフォーマットをサイクルからサイクルの間にコピーする、ことが認められうる。
任意選択で、かつ、（図５に示されるような、第２処理コア４４を備える）往復圧縮機の電気モータの動作のための制御システムの予測速度制御ループ４の任意選択の変更に基づいて、速度補正因子は、最も上昇した作動圧力レベルＰＴ１があらわれる瞬間においてのみ適用されうる。
この場合、図６に示されるように、前記速度補正因子は、次のサイクルにおける従来のコントローラの出力に加算されるように常に更新される。このように、また、図４Ｃの場合におけるように、サイクルからサイクルの間の傾向は、モータの一定の基準電圧値に向かいがちな従来のコントローラの出力であり、一方、予測コントローラの出力は、最も高い圧力レベルの入力を補い、かつ、モータの速度が基準値に向かう傾向がある。
以上で説明されかつ図示された本発明の実施形態を考慮すると、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の内容によってのみ制限され、可能な均等物を含むことが、明らかであるはずである。

Claims (13)

  1. 圧縮機の電気モータの動作を制御するためのシステムであって、
    少なくとも１つの速度コントローラ（１１）と、少なくとも１つの内側制御ループ（２）と、電気モータ（ＭＴ）の電気的パラメータおよび／または機械的パラメータを測定するための少なくとも１つのブロック（３）とによって本質的に構成される外側速度制御ループ（１）によって形成される電気モータ制御の少なくとも１つのサブシステムを備えるシステムであって、
    圧縮機の電気モータの動作のための前記制御システムは、
    少なくとも１つの速度コントローラ（４１）と、少なくとも１つの処理コア（４２）と、少なくとも１つの信号遅延回路（４３）とによって一体化された少なくとも１つの予測速度制御ループ（４）をさらに備え、
    前記予測ループ（４）の出力信号は、外側速度制御ループ（１）の出力信号に加算されることを特徴とするシステム。
  2. 前記速度コントローラ（４１）は、圧縮機の電気モータ（ＭＴ）の速度補正信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 処理コア（４２）は、圧縮機の電気モータ（ＭＴ）の動作サイクルを仮想的にセクタ化することを担当し、かつ、予め定義された各仮想セクタの圧縮機の電気モータ（ＭＴ）の平均速度を測定することを担当することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  4. 信号遅延回路（４３）は、外側速度制御ループ（１）の出力信号に加算されるべき予測ループ（４）の出力信号を遅延させることを担当することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  5. 前記予測ループ（４）は、第２処理コア（４４）をさらに備えることを特徴とする請求項１から４に記載のシステム。
  6. 前記第２処理コア（４４）は、処理コア（４２）によって予め定義された全ての仮想セクタの間で、圧縮機の電気モータ（ＭＴ）の最大速度減少ΔＳＭＡＸを測定することを担当することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
  7. 圧縮機の電気モータの動作を制御するための方法であって、前記圧縮機は、サイクル（ＣＲ１、ＣＲＮ）において択一的に選択される少なくとも２つの異なる作動圧力レベル（ＰＴ１、ＰＴ２）を有する２重蒸発冷凍システムにおいて作動することができる、方法であって、
    圧縮機の電気モータの動作のための前記制御方法は、
    サンプリングレートにしたがって、冷凍サイクル（ＣＲ１）を、複数の仮想セクタ（Ｊ＝１，２，３，…，Ｍ）に離散化する少なくとも１つの工程と、
    冷凍サイクル（ＣＲ１）の各仮想セクタ（Ｊ）において速度補正因子を決定するための少なくとも１つの工程と、
    冷凍サイクル（ＣＲ１）の離散化のために使用されるサンプリングレートにしたがって、後続の冷凍サイクル（ＣＲＮ）を複数の仮想セクタ（Ｊ）に離散化するための少なくとも１つの工程と、
    冷凍サイクル（ＣＲ１）の各速度補正因子を、後続の冷凍サイクル（ＣＲＮ）の同等の仮想セクタ（Ｊ＝１，２，３，…，Ｍ）に適用するための少なくとも１つの工程と
    を備えることを特徴とする方法。
  8. 仮想セクタ（Ｊ）のそれぞれは、圧縮機の圧縮サイクルの範囲内の電気モータ（ＭＴ）の機械的な回転を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 仮想セクタ（Ｊ）のそれぞれは、圧縮機の圧縮サイクルのそれぞれの任意の約数を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
  10. 全ての工程は、複数の冷凍サイクルに沿って圧縮動作中に繰り返されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  11. 最大速度減少ΔＳｍａｘは、次のサイクルＣＲＮに適用されるべき単一の速度補正因子ΔＶを算出するために、冷凍サイクルＣＲ１の仮想セクタＪ＝１，２，３，…，Ｍにおいて、測定されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  12. 冷凍サイクルＣＲ１から算出され、次のサイクルＣＲＮで使用される補正因子ΔＶは、作動圧力ＰＴ１の印加に関連する時間の不一致Δｔを伴って、適用されうることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. 時間の不一致Δｔは、作動圧力ＰＴ１の開始に対する遅延または前進でありうることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
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