JP4213497B2 - 圧縮機の運転制御装置及びその方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機に係るもので、詳しくは、往復動式圧縮機(reciprocating compressor)のストローク(stroke)推定誤差を減らすことによって、圧縮機の運転を正確に制御し得る圧縮機の運転制御装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の往復動式圧縮機の運転制御装置に対する構成を示したブロック図である。
【０００３】
図示されたように、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機6のモータ(図示せず)に供給される電流を検出する電流検出部4と、モータに印加される電圧を検出する電圧検出部3と、上記の検出された電流値、電圧値、及びモータの媒介変数(パラメータ)(parameter)に基づいて圧縮機のストローク推定値(stroke estimation value)を演算するストローク演算部5と、上記の演算されたストローク推定値と予め設定されたストローク指令値(stroke reference value)を比較して、その比較結果による差値を出力する比較器1と、上記の差値によってモータに印加される電圧を可変にして圧縮機6のストロークを制御するストローク制御部2と、を含んで構成されている。
【０００４】
以下、このような往復動式圧縮機の運転制御装置の動作について説明する。
【０００５】
まず、電流検出部4は、圧縮機6のモータ(図示せず)に供給される電流を検出し、その検出された電流値をストローク演算部5に出力する。このとき、電圧検出部3はモータに印加される電圧を検出し、その検出された電圧値をストローク演算部5に出力する。
【０００６】
ストローク演算部5は、上記の検出された電流値、検出された電圧値、及びモータのパラメータを式1に代入して、圧縮機6のストローク推定値(X)を演算した後、その演算されたストローク推定値を比較器1に印加する。
【０００７】
【数１】
Figure 0004213497
【０００８】
上式中、Rはモータ回路の抵抗、Lはインダクタンス、αはモータ定数、VMはモータに印加される電圧、iはモータに供給される電流であり、di/dtはモータに供給される電流の時間変化率である。
【０００９】
次いで、比較器1は前記のストローク推定値とストローク指令値を比較し、その比較結果による差値をストローク制御部2に印加する。
【００１０】
ストローク制御部2は、上記の差値に基づいて圧縮機6のモータに印加される電圧を変えて圧縮機6のストロークを制御する。以下、図５を用いて説明する。
【００１１】
図５は従来の往復動式圧縮機の運転制御方法を示したフローチャートである。
【００１２】
図示されたように、まず、ストローク演算部5によってストローク推定値が推定されて比較器1に印加されると(S1)、比較器1は上記のストローク推定値と予め設定されたストローク指令値を比較し、その比較結果による差値をストローク制御部2に出力する(S2)。
【００１３】
ストローク制御部2は、上記のストローク推定値がストローク指令値より小さいと、圧縮機のストロークを制御するためにモータに印加される電圧を増加させ(S3)、上記のストローク推定値がストローク指令値より大きいと、モータに印加される電圧を減少させる(S4)。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法においては、モータのパラメータ(モータ定数、抵抗、インダクタンス)により圧縮機のストローク推定値を演算し、その演算されたストローク推定値に基づいて圧縮機のストロークを制御するので、モータのパラメータ(特に、抵抗、インダクタンス）の誤差及び圧縮機のピストンの非線形性によって、上記の演算されたストローク推定値の誤差が増加するという不都合な点があった。
【００１５】
また、上記の演算されたストローク推定値の誤差が大きいため、圧縮機の運転を正確かつ精密に制御し得ないという不都合な点があった。
【００１６】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、圧縮機のモータに供給される電流、電圧、及びモータのパラメータに基づいて演算された第1ストローク推定値と逆起電力に基づいて演算された第2ストローク推定値とを比較することによって、圧縮機のストローク推定誤差を大幅に低減し得る圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００１７】
また、上記の第1ストローク推定値及び第2ストローク推定値に基づいて予め設定されたストローク指令値を補正して、その補正されたストローク指令値と第1ストローク推定値を比較し、その比較結果によって圧縮機の運転を制御することによって、圧縮機の運転を正確かつ精密に制御し得る圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る圧縮機の運転制御方法は、圧縮機のモータに印加(供給)される電圧、電流、及び予め設定された前記モータのパラメータに基づいて前記圧縮機の第1ストローク推定値を演算する段階と、前記モータの逆起電力を検出する段階と、その検出された逆起電力値に基づいて前記圧縮機の第2ストローク推定値を演算する段階と、前記第1ストローク推定値と前記第2ストローク推定値を比較して、その比較結果に対応するストローク補正値を予め設定されたストローク指令値に加算または減算して、新しいストローク指令値を決定する段階と、その決定されたストローク指令値及び前記第1ストローク推定値に基づいて前記モータに印加される電圧を可変にして、前記圧縮機のストロークを制御する段階と、を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る圧縮機の運転制御装置は、圧縮機のモータに印加される電圧及び電流を検出する検出部と、前記の検出された電圧値、電流値、及び予め設定された前記モータのパラメータに基づいて前記圧縮機の第1ストローク推定値を演算する第1ストローク演算部と、前記モータの逆起電力を検出する逆起電力検出部と、前記逆起電力に基づいて前記圧縮機の第2ストローク推定値を演算する第2ストローク演算部と、前記第1ストローク推定値及び前記第2ストローク推定値に基づいてストローク補正値を演算するストローク補正値演算部と、予め設定されたストローク指令値に前記ストローク補正値を加算または減算し、その加算されたストローク指令値または減算されたストローク指令値を新しいストローク指令値と決定するストローク指令値決定部と、前記第1ストローク推定値及び前記決定されたストローク指令値に基づいて前記モータに印加される電圧を可変にして、前記圧縮機のストロークを制御するストローク制御部と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、圧縮機のモータに印加される電圧、電流、及び予め設定されたモータのパラメータに基づいて、圧縮機の第1ストローク推定値を演算すると共に、モータの逆起電力を検出し、その検出された逆起電力値に基づいて圧縮機の第2ストローク推定値を演算し、上記の第1ストローク推定値と第2ストローク推定値を比較して、その比較結果に対応するストローク補正値を予め設定されたストローク指令値に加算または減算して、新しいストローク指令値を決定し、その決定されたストローク指令値及び上記の第1ストローク推定値に基づいてモータに印加される電圧を変えて、圧縮機のストロークを制御し、これによって、圧縮機のストローク推定誤差を大きく減少させることができ、圧縮機の運転を正確かつ精密に制御し得る圧縮機の運転制御装置及びその方法の好ましい実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図である。
【００２２】
図示されたように、往復動式圧縮機の運転制御装置は、圧縮機100のモータ(図示せず)に印加される電圧を検出する電圧検出部60と、圧縮機100のモータに供給される電流を検出する電流検出部70と、上記の検出された電流値、検出された電圧値、及び予め設定されたモータのパラメータ(parameter)に基づいて圧縮機100の第1ストローク推定値(X1)を演算する第1ストローク演算部50と、モータに供給される電流を所定周期(period)の間遮断して、その遮断された周期の間にモータの逆起電力を検出する逆起電力検出部80と、この逆起電力検出部80から検出された逆起電力値に基づいて圧縮機100の第2ストローク推定値(X2)を演算する第2ストローク演算部90と、上記の第1ストローク推定値に所定の増幅比を乗算した後、その乗算された第1ストローク推定値と上記の第2ストローク推定値を比較して、その比較結果に対応するストローク補正値を演算するストローク補正値演算部20と、予め設定されたストローク指令値に上記のストローク補正値を加算または減算し、その加算または減算されたストローク指令値を新しいストローク指令値として決定するストローク指令値決定部10と、この決定されたストローク指令値と上記の第1ストローク推定値を比較して、その比較結果による上記の決定されたストローク指令値と第1ストローク推定値の差値を出力する比較器30と、この比較器30から出力された差値に基づいてモータに印加される電圧を変えて、圧縮機のストロークを制御するストローク制御部40と、を含んで構成されている。
【００２３】
以下、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の動作について、図２を用いて説明する。
【００２４】
図２は本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法を示したフローチャートである。
【００２５】
図示されたように、まず、電流検出部70は圧縮機100のモータに供給される電流を検出し、その検出された電流値を第1ストローク演算部50に出力する。このとき、電圧検出部60は圧縮機100のモータに印加される電圧を検出し、その検出された電圧値を第1ストローク演算部50に出力する(S11)。
【００２６】
第1ストローク演算部50は、上記の検出された電流値、電圧値、及び予め設定されたモータのパラメータを式1に適用して、圧縮機の第1ストローク推定値(X=X1)を演算した後、その演算された第1ストローク推定値を比較器30及びストローク補正値演算部20に印加する(S12)。
【００２７】
【数２】
Figure 0004213497
【００２８】
上式中、Rはモータ回路の抵抗、Lはインダクタンス、αはモータ定数、VMはモータに印加される電圧、iはモータに供給される電流、di/dtはモータに供給される電流の時間変化率である。
【００２９】
最初は図1のストローク補正値演算部20からの出力は無いので、ストローク指令値決定部10からは外部から与えられる予め設定されたストローク指令値が出力され、比較器30は上記の第1ストローク推定値と上記の予め設定されたストローク指令値を比較して、その比較結果による差値をストローク制御部40に印加する(S13)。このとき、ストローク制御部40は上記の差値に基づいて圧縮機100のストロークを制御するために、モータに印加される電圧を可変にして圧縮機100のストロークを制御する。即ち、ストローク制御部40は、上記の第1ストローク推定値が予め設定されたストローク指令値より小さいと、圧縮機100のストロークを制御するためにモータに印加される電圧(モータの入力電圧)を増加させ、上記の第1ストローク推定値が予め設定されたストローク指令値より大きいと、モータに印加される電圧を減少させる(S14、S15)。
【００３０】
次いで、逆起電力検出部80は、上記のモータに印加される電圧を変えることによって圧縮機100のストロークが制御される途中で、使用者により予め設定された所定時間が経過してモータ電流を一時的に遮断すべき時間(電流遮断時間)になると(S16)、モータに供給される電流を所定周期(時間)の間遮断して、その電流が遮断された周期の間にモータの逆起電力を検出し、その検出された逆起電力値を第2ストローク演算部90に出力する(S17〜S19)。このとき、逆起電力検出部80によって検出された逆起電力値は式2で計算された値と同一である。
【００３１】
【数３】
Figure 0004213497
【００３２】
上式中、αはモータ定数で、vは圧縮機のピストン速度である。
【００３３】
第2ストローク演算部90は、上記の検出された逆起電力値を式3に適用(代入)してX=X2として、圧縮機100の第2ストローク推定値(X2)を演算した後、その演算された第2ストローク推定値(X2)をストローク補正値演算部20に印加する(S20)。
【００３４】
【数４】
Figure 0004213497
【００３５】
ストローク補正値演算部20は、第1ストローク演算部50から出力された第1ストローク推定値に所定の増幅比(k)を乗算した後、その乗算された第1ストローク推定値と第2ストローク演算部90から出力された第2ストローク推定値とを比較して、その比較結果による上記の第1ストローク推定値に所定の増幅比を乗算したストロークと第2ストローク推定値の差値に対応するストローク補正値をストローク指令値決定部10に出力する(S21)。即ち、ストローク補正値演算部20は、上記の所定の増幅比(k)が乗算された第1ストローク推定値が上記の第2ストローク推定値より大きいと、上記の予め設定されたストローク指令値を増加させるためのストローク補正値を発生し、上記の所定の増幅比(k)が乗算された第1ストローク推定値が第2ストローク推定値より小さいと、予め設定されたストローク指令値を減少させるためのストローク補正値を発生する(S22、S23)。この場合、上記の所定の増幅比(k)は実験によって算出されたもので、後述の図3中に示したように、モータに電流が流れる区間でのストローク値とモータに流れる電流が遮断される区間でのストローク値の各推定値の割合に相当するものであり、上記の所定の増幅比(k)に対して第1、第2ストローク推定値X1、X2が図3中に示したような関係（すなわちX2＝kX1）になれば上記のストローク補正値は発生しなくなる。
【００３６】
次いで、ストローク指令値決定部10は、上記の予め設定されたストローク指令値に上記のストローク補正値を加算または減算し、その加算または減算されたストローク指令値を新しいストローク指令値として決定して、その決定されたストローク指令値を比較器30に印加する。即ち、ストローク指令値決定部10は、上記の所定の増幅比(k)が乗算された第1ストローク推定値が上記の第2ストローク推定値より大きいと、上記の予め設定されたストローク指令値に上記のストローク補正値を加算して、その加算されたストローク指令値を新しいストローク指令値として決定し、その決定されたストローク指令値を比較器30に印加する。これに対し、ストローク指令値決定部10は、上記の所定の増幅比(k)が乗算された第1ストローク推定値が上記の第2ストローク推定値より小さいと、上記の予め設定されたストローク指令値から上記のストローク補正値を減算し、その減算されたストローク指令値を新しいストローク指令値として決定して、その決定されたストローク指令値を比較器30に印加する。
【００３７】
比較器30は、上記の決定されたストローク指令値(増加/減少されたストローク指令値)と第1ストローク推定値を比較して、その比較結果による差値をストローク制御部40に印加する(S24)。このとき、ストローク制御部40は、比較器30から出力された上記の差値に基づいてモータに印加される電圧を可変にして、圧縮機100のストロークを制御する。例えば、ストローク制御部40は、上記の決定されたストローク指令値が第1ストローク推定値より大きいと、圧縮機100のモータに印加される電圧を増加させ、上記の決定されたストローク指令値が第1ストローク推定値より小さいと、モータに印加される電圧を減少させる(S25、S26)。
【００３８】
以下、モータの逆起電力を検出する方法及びその検出された逆起電力値に基づいて圧縮機のストローク推定値を演算する方法について、図３を用いて説明する。
【００３９】
図３は本発明に係るモータの逆起電力を検出する時点を示した波形図である。
【００４０】
図示されたように、まず、圧縮機100のモータに印加される電圧、電流、及びモータのパラメータに基づいて上記の第1ストローク推定値(X1)を演算し、この第1ストローク推定値及び前記の予め設定されたストローク指令値に基づいて圧縮機100のストロークを制御する間で、上記の逆起電力を検出するために一週期(period)またはそれ以上の周期の間モータに供給される電流を遮断する。この時、電流が遮断された周期の間にモータの電圧を検出する。このとき、電流が遮断された時点で検出された電圧が逆起電力である。例えば、圧縮機のモータに供給される電流が零の時(電流=0)、圧縮機のモータに印加された電圧値(VM)は上記の検出された逆起電力値と同じであり、一方圧縮機のモータに印加される電流が零でない時(電流≠0)は、モータに印加される電圧値(VM)は式VM=αv+Ri+Ldi/dtによって求められる。従って、モータに供給される電流を一時的に遮断し、その電流が遮断された時点でモータの逆起電力(電圧)を検出し、その検出された逆起電力値を前記の式3に代入することによって、モータ回路の抵抗(R)及びインダクタンス(L)によって発生する誤差がなく、圧縮機の第2ストローク推定値を正確に演算することができる。
【００４１】
上記の検出された逆起電力値に基づいて第2ストローク推定値が演算されると、前記の第1ストローク推定値を所定の増幅比(k)倍した値と上記の第2ストローク推定値を比較して、その比較結果によって前記の予め設定されたストローク指令値を増減する。即ち、上記の第1ストローク推定値に所定の増幅比を乗算した後、その乗算された第1ストローク推定値と上記の第2ストローク推定値を比較して、上記の乗算された第1ストローク推定値が上記の第2ストローク推定値より大きいと、上記の予め設定されたストローク指令値を増加させるためのストローク補正値が発生して、このストローク補正値により上記の予め設定されたストローク指令値を補正し、上記の乗算された第1ストローク推定値が上記の第2ストローク推定値より小さいと、上記の予め設定されたストローク指令値を減少させるためのストローク補正値が発生して、これにより上記の予め設定されたストローク指令値を補正する。
【００４２】
次いで、この補正されたストローク指令値(上記の決定されたストローク指令値と同一である)と上記の第1ストローク推定値を比較して、その比較結果によって圧縮機100のモータに印加される電圧を可変にして、圧縮機100のストロークを制御する。即ち、上記の補正されたストローク指令値が上記の第1ストローク推定値より大きいと、モータに印加される電圧を増加させ、また補正されたストローク指令値が第1ストローク推定値より小さいと、モータに印加される電圧を減少させる。
【００４３】
従って、本発明は、圧縮機100のモータに印加される電流、電圧、及びモータのパラメータに基づいて演算された第1ストローク推定値及び上記の逆起電力に基づいて演算された第2ストローク推定値により、予め設定されたストローク指令値を補正し、その補正されたストローク指令値及び上記の第1ストローク推定値に基づいて圧縮機のストロークを正確かつ精密に制御することができ、圧縮機のストローク推定誤差を大幅に減少させることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、圧縮機100のモータに印加される電流、電圧、及びモータのパラメータに基づいて第1ストローク推定値を演算し、モータの逆起電力に基づいて第2ストローク推定値を演算し、その演算された第1ストローク推定値と上記の演算された第2ストローク推定値を比較することによって、圧縮機のストローク推定誤差を大幅に減少し得るという効果がある。
【００４５】
また、本発明は、圧縮機100のモータに印加される電流、電圧、及びモータのパラメータに基づいて演算された第1ストローク推定値及びモータの逆起電力に基づいて演算された第2ストローク推定値により、予め設定されたストローク指令値を補正し、その補正されたストローク指令値と上記の第1ストローク推定値を比較して、その比較結果によって圧縮機の運転を制御することによって、圧縮機の運転を正確かつ精密に制御し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明に係るモータの逆起電力を検出する時点を示した波形図である。
【図４】従来の往復動式圧縮機の運転制御装置に対する構成を示したブロック図である。
【図５】従来の往復動式圧縮機の運転制御方法のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
10…ストローク指令値決定部
20…ストローク補正値演算部
30…比較器
40…ストローク制御部
50…第1ストローク演算部
60…電圧検出部
70…電流検出部
80…逆起電力検出部
90…第2ストローク演算部

Claims (10)

  1. 圧縮機のモータに印加される電圧、電流、及び予め設定された前記モータの媒介変数に基づいて前記圧縮機の第1ストローク推定値を演算する段階と、
    前記モータの逆起電力を検出する段階と、
    前記の検出された逆起電力の値に基づいて前記圧縮機の第2ストローク推定値を演算する段階と、
    前記第1ストローク推定値と前記第2ストローク推定値を比較した比較結果に対応するストローク補正値を予め設定されたストローク指令値に加算または減算して、新しいストローク指令値を決定する段階と、
    該新しいストローク指令値として決定されたストローク指令値及び前記第1ストローク推定値に基づいて前記モータに印加される電圧を可変にして、前記圧縮機のストロークを制御する段階と、を有することを特徴とする圧縮機の運転制御方法。
  2. 前記モータの逆起電力を検出する段階は、
    前記第1ストローク推定値及び前記予め設定されたストローク指令値に基づいて前記モータに印加される電圧を可変にする途中で、前記モータに印加される電流を所定周期の間遮断する段階と、
    前記電流が遮断された周期の間に前記モータの電圧を検出する段階と、を有することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の運転制御方法。
  3. 前記ストローク指令値を決定する段階は、
    前記第1ストローク推定値に所定の増幅比を乗算する段階と、
    前記の乗算された第1ストローク推定値と前記第2ストローク推定値を比較した比較結果による差値である前記ストローク補正値を計算する段階と、
    前記予め設定されたストローク指令値に前記ストローク補正値を加算または減算したストローク指令値を前記新しいストローク指令値として決定する段階と、を有することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の運転制御方法。
  4. 前記ストローク指令値を決定する段階は、
    前記第1ストローク推定値に所定の増幅比を乗算する段階と、
    前記所定の増幅比が乗算された第1ストローク推定値が前記第2ストローク推定値より大きいと、前記予め設定されたストローク指令値に前記ストローク補正値を加算したストローク指令値を前記新しいストローク指令値として決定する段階と、
    前記所定の増幅比が乗算された第1ストローク推定値が前記第2ストローク推定値より小さいと、前記予め設定されたストローク指令値を減少させるために、前記ストローク補正値を前記予め設定されたストローク指令値から減算したストローク指令値を前記新しいストローク指令値として決定する段階と、を有することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の運転制御方法。
  5. 前記圧縮機のストロークを制御する段階は、
    前記決定されたストローク指令値が前記第1ストローク推定値より大きいと、前記モータに印加される電圧を増加させる段階と、
    前記決定されたストローク指令値が前記第1ストローク推定値より小さいと、前記モータに印加される電圧を減少させる段階と、を有することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の運転制御方法。
  6. 圧縮機のモータに印加される電流及び電圧を検出する検出部と、
    該検出された電流及び電圧の値、及び予め設定された前記モータの媒介変数に基づいて前記圧縮機の第1ストローク推定値を演算する第1ストローク演算部と、
    前記モータの逆起電力を検出する逆起電力検出部と、
    前記逆起電力に基づいて前記圧縮機の第2ストローク推定値を演算する第2ストローク演算部と、
    前記第1ストローク推定値及び前記第2ストローク推定値に基づいてストローク補正値を演算するストローク補正値演算部と、
    予め設定されたストローク指令値に前記ストローク補正値を加算または減算したストローク指令値を新しいストローク指令値として決定するストローク指令値決定部と、
    前記第1ストローク推定値及び前記新しいストローク指令値として決定されたストローク指令値に基づいて、前記モータに印加される電圧を可変にして前記圧縮機のストロークを制御するストローク制御部と、を含んで構成されることを特徴とする圧縮機の運転制御装置。
  7. 前記逆起電力の検出部は、
    前記モータに印加される電流を一周期またはそれ以上の周期の間遮断した後、前記電流が遮断された周期の間に前記モータの電圧を検出することを特徴とする請求項６に記載の圧縮機の運転制御装置。
  8. 前記ストローク補正値演算部は、
    前記第1ストローク推定値に所定の増幅比を乗算したストローク推定値と前記第2ストローク推定値を比較した比較結果による差値に対応する前記ストローク補正値を出力することを特徴とする請求項６に記載の圧縮機の運転制御装置。
  9. 前記増幅比は、
    前記モータに電流が流れる区間でのストローク値と前記モータに流れる電流が遮断される区間でのストローク値の割合で算出されることを特徴とする請求項８に記載の圧縮機の運転制御装置。
  10. 前記ストローク制御部は、
    前記決定されたストローク指令値が前記第1ストローク推定値より大きいと、前記モータに印加される電圧を増加させ、前記決定されたストローク指令値が前記第1ストローク推定値より小さいと、前記モータに印加される電圧を減少させることを特徴とする請求項６に記載の圧縮機の運転制御装置。
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