CONTROLADOR DE COMPRESOR LINEAL CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un sistema para controlar un compresor de pistón lineal libre y en particular, pero no exclusivamente, a un compresor de refrigerador. TÉCNICA ANTERIOR Los compresores lineales operan en base a pistón libre y requieren de un control estrecho de la amplitud de carrera puesto que, a diferencia de los compresores rotatorios convencionales que emplean un cigüeñal, la amplitud de carrera no es fija. La aplicación de una energía motriz excesiva para las condiciones del fluido que se está comprimiendo puede resultar en que el pistón entre en colisión con el cabezal del cilindro en donde se desplaza de manera de reciprocante. Cuando se desea deliberadamente que el compresor funcione a su máxima potencia y una alta eficiencia volumétrica, es muy importante asegurar que el sistema de detección de colisiones no pase por alto el inicio de las colisiones puesto que ocurrirán de manera regular y esperada en este modo de operación y colisiones sucesivas con potencia cada vez mayor causarán daño. Numerosas patentes, incluyendo US 6,536,326 y US 6,812,597, describen formas de detectar colisiones de pistones . El documento US 6,809,434 divulga un sistema de control para
un compresor de pistón libre que limita la potencia del motor en función de una propiedad del refrigerante que ingresa al compresor. Sin embargo, el sistema descrito requiere de sensores adicionales para detectar la propiedad del refrigerante. Algunos compresores lineales descritos en la técnica anterior operan con cojinetes estáticos o dinámicos de gas que operan eficientemente solamente cuando la presión de descarga es superior a un nivel mínimo. Otros compresores lineales descritos en la técnica anterior tienen sistemas de lubricación con aceite que no pueden operar efectivamente durante una operación a baja potencia. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de control para un compresor lineal de pistón libre que evite la operación del compresor en uno o varios modos indeseables. En un primer aspecto, la invención consiste de un método para controlar un compresor lineal de pistón libre que comprende los pasos de: suministrar energía a dicho compresor de conformidad con una carga de demanda de tal manera que dicho compresor se desplace de manera reciprocante a su frecuencia natural según las condiciones de operaciones del sistema, monitorear la frecuencia de reciprocación de dicho compresor, y
suspender la alimentación en energía a dicho compresor cuando la frecuencia de reciprocación se encuentra por debajo de un umbral piso. En un aspecto adicional, la invención consiste de un método para controlar un compresor lineal de pistón libre que comprende los pasos de: suministrar energía a dicho compresor de conformidad con una carga de demanda de tal manera que dicho compresor se desplace de manera reciprocante a su frecuencia natural según las condiciones de operaciones del sistema, monitorear la frecuencia de reciprocación de dicho compresor, y reducir la energía aplicada a dicho compresor cuando la frecuencia de reciprocación se encuentra por encima de un umbral techo. En un aspecto adicional, la invención consiste de un compresor de gas de pistón libre, que comprende: un cilindro, un pistón, el pistón se desplaza de manera reciprocante dentro del cilindro, un motor eléctrico lineal reciprocante conectado al pistón y que tiene por lo menos un devanado de excitación, un controlador que recibe una retroalimentación en cuanto a la operación del compresor, proporciona una señal
impulsora para aplicar corriente al motor lineal en armonía con la frecuencia natural instantánea del compresor, el controlador incluye un medio para suspende la alimentación en energía del compresor cuando la frecuencia natural del compresor cae por debajo de un umbral piso. En un aspecto adicional, la invención consiste de un compresor de gas de pistón libre que comprende: un cilindro, un pistón, el pistón se desplaza de manera reciprocante dentro del cilindro, un motor eléctrico lineal reciprocante conectado al pistón y que tiene por lo menos un devanado de excitación, un controlador que recibe retroalimentación en cuanto a la operación del compresor, proporcionando una señal impulsora para aplicar corriente al motor lineal en armonía con la frecuencia natural instantánea del compresor, el controlador incluye un medio para reducir la energía al compresor cuando la frecuencia natural del compresor se eleva por encima de un umbral techo. Para las personas con conocimientos en la materia a la cual pertenece la invención, muchos cambios de construcción y modalidades y aplicaciones muy diferentes de la invención serán aparentes sin salirse del alcance de la invención de conformidad con lo definido en las reivindicaciones adjuntas.
Las divulgaciones y descripciones contenidas aquí son simplemente ilustrativas y no pretenden ser limitativas de ninguna manera. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Una forma preferida de la invención se describirá a continuación con referencia a los dibujos adjuntos. La Figura 1 es un corte axial longitudinal de un compresor lineal controlado de conformidad con la presente invención. La Figura 2 muestra un sistema de control de refrigerador en forma de diagrama de bloques. La Figura 3 muestra un sistema de control de compresor lineal básico que utiliza una conmutación electrónica con interrupción sincronizada a partir de la fuerza contraelectromotriz (back EMF) de motor de compresor. La Figura 4 muestra el sistema de control de la Figura 3 con medidas para evitar la colisión de pistón. La Figura 5 muestra el sistema de control de la Figura 3 con un algoritmo de detección de colisión de pistón. La Figura 6 muestra el sistema de control de la Figura 3 con las medidas para evitar la colisión de pistón de la Figura 4 y las medidas de detección de colisión de pistón de la Figura 5. La Figura 7 muestra un ejemplo del puente de alimentación de energía impulsado por el controlador de compresor para suministrar energía a los devanados del motor lineal.
La Figura 8 muestra la opción del sistema de control adicional de conformidad con la presente invención, utilizando umbrales de frecuencia de funcionamiento. La Figura 9 es un diagrama de flujo que ilustra un programa de control independiente para implementar la opción de sistema de control de la Figura 8. La Figura 10 es un diagrama de flujo que ilustra un programa de control de subrutina para implementar la opción de sistema de control de la Figura 8. DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención se refiere al control de un compresor reciprocante de pistón libre impulsado por un motor eléctrico lineal. Una aplicación típica pero no exclusiva sería en un refrigerador. Un controlador proporciona una señal impulsora para aplicar corriente al motor lineal en armonía con la frecuencia natural instantánea del compresor. EL controlador monitorea la frecuencia prevaleciente y reduce la energía si la frecuencia se encuentra por encima de un umbral superior o apaga el compresor si la frecuencia cae por debajo de un umbral inferior, o ambas cosas. A título de ejemplo solamente y para proporcionar contexto, un compresor lineal de pistón libre que puede ser controlado de conformidad con la presente invención se muestra en la Figura 1.
Un compresor para un sistema de refrigeración de compresión de vapor incluye un compresor lineal 1 soportado dentro de un cuerpo 2. Típicamente, la caja 2 está herméticamente sellada e incluye un puerto de entrada de gases 3 y un puerto de salida de gases comprimidos 4. Gases no comprimidos fluyen dentro de la parte interna de la caja que rodea el compresor 1. Estos gases no comprimidos son jalados hacia el compresor durante carrera de admisión, son comprimidos entre una corona de pistón 14 y una placa de válvula 5 en la carrera de compresión y expulsados a través de una válvula de descarga 6 en un múltiple 7 de gases comprimidos. Los gases comprimidos salen del múltiple 7 al puerto de salida 4 en el cuerpo a través de un tubo flexible 8. Para reducir el efecto de rigidez del tubo de descarga 8, el tubo es preferentemente arreglado como un bucle o espiral transversal con relación al eje de reciprocación del compresor. La admisión al espacio de compresión puede efectuarse a través del cabezal, múltiple de succión 13 y válvula de succión 29. El compresor lineal ilustrado 1 tiene, en términos generales, una parte de cilindro y una parte de pistón conectadas por un resorte principal. La parte de cilindro incluye una caja de cilindro 10, un cabezal de cilindro 11, una placa de válvula 5, y un cilindro 12. Una porción de extremo 18 de la parte de cilindro, distante del cabezal 11, monta el resorte principal con relación a la parte de cilindro. El resorte principal
puede estar formado de una combinación de resorte helicoidal 19 y resorte plano 20, como se muestra en la Figura 1. La parte de pistón incluye un pistón hueco 22 con pared lateral 24 y corona 14. El motor eléctrico de compresor está formado de manera integral con la estructura de compresor. La parte de incluye el estator de motor 15. Una armadura de motor 17 lineal de coacción conecta con el pistón a través de un vastago 26 y un cuerpo de soporte 30. La armadura de motor lineal 17 comprende un cuerpo de material de imán permanente (como por ejemplo, ferrita o neodimio) magnetizado para proporcionar uno o varios polos dirigidos transversalmente con relación al eje de reciprocación del pistón dentro del forro de cilindro. Una porción de extremo 32 de un soporte de armadura 30, distante del pistón 22, está conectada con el resorte principal . El compresor lineal 1 está montado dentro del cuerpo 2 en varios resortes de suspensión para aislarlo del cuerpo. En uso, la parte de cilindro de compresor lineal oscilará pero si la parte de pistón se fabrica muy ligera en comparación con la parte de cilindro, la oscilación de la parte de cilindro será pequeña en comparación con la reciprocación relativa entre la parte de pistón y la parte de cilindro. Una corriente alterna en los devanados de estator, no necesariamente sinusoidal, crea una fuerza oscilante sobre
los imanes de armadura 17 para proporcionara a la armadura y al estator un movimiento relativo sustancial a condición que la frecuencia de oscilación sea cercana a la frecuencia natural del sistema mecánico. La frecuencia natural inicial es determinada por la rigidez del resorte 19, y la masa del cilindro 10 y estator 15. Sin embargo, como resorte 19, existe un resorte de gas inherente cuya constante de resorte efectiva, en el caso de un compresor de refrigeración, varía conforme varía, o bien la presión de evaporador o bien la presión de condensador (y la temperatura) . Un sistema de control que aplica una corriente de devanado de estator, y por consiguiente una fuerza impulsora, tomando esto en cuenta ha sido descrito en el documento US 6,809,434, cuyos contenidos se incorporan aquí por referencia. El documento US 6,809,434 describe también un sistema para limitar la potencia de motor máxima con el objeto de minimizar las colisiones de cabeza de cilindro de pistón con base en frecuencia y temperatura de evaporador. Preferentemente, pero no necesariamente, el sistema de control de la presente invención opera en combinación con el sistema de control divulgado en el documento US 6,809,434. Para proporcionar contexto para el sistema de control de compresor lineal en la presente invención, en la Figura 2 se muestra un sistema de control básico para un refrigerador.
Las mejoras de control de la presente invención se encuentran dentro del controlador de compresor 207. El controlador de compresor 207 recibe una señal de demanda 216 del controlador de refrigerador 210. El controlador de refrigerador 210 recibe una entrada de ajuste de usuario a partir de la interfaz de usuario 212, y recibe una o varias entradas de sensor, incluyendo, por ejemplo, una entrada de sensor de temperatura de gabinete en la línea 214. Otras entradas pueden incluir entradas de sensores de temperatura en compartimiento de gabinete adicionales, entradas de sensores de abertura y cierre de puertas y entradas de sensores de presión o temperatura de evaporador. A partir de estas entradas, el controlador de refrigerador 210 genera una señal de demanda 216. La señal de demanda 216 puede requerir simplemente que el compresor opere de conformidad con uno de un grupo seleccionado de modos, dicho grupo puede ser tan limitado como encendido o apagado, o bien puede incluir un ajuste máximo adicional, o bien puede incluir una amplia gama de niveles posibles de capacidad de compresor. Un nivel de capacidad indica en términos generales la masa de refrigerante que el compresor desplaza desde el lado de succión del sistema de refrigeración hasta el lado de descarga del sistema de refrigeración en un lapso de tiempo dado. Preferentemente, la señal de demanda consiste de
cualquier valor dentro de un rango que, para el controlador de compresor puede corresponder a variación desde ausencia de operación en un extremo que está abierto en el otro extremo. La señal de demanda puede ser una señal analógica, por ejemplo, un nivel de tensión variable o frecuencia variable, o una señal digital, por ejemplo, una señal de salida de 8 bits . El controlador de compresor 207 recibe energía de una alimentación en energía, y recibe la señal de demanda 216. El controlador de compresor está conectado a los devanados 220 del motor del ensamble de compresor. El controlador de compresor conmuta la energía desde la alimentación en energía 218 hasta los devanados del compresor de conformidad con la señal de demanda 216 y de conformidad con programas de control que se ejecutan en el controlador de compresor. El sistema de control de la presente invención puede operar en combinación con el sistema de control de motor básico de la Figura 3 y preferentemente, pero no necesariamente con el sistema de la Figura 4, el sistema de la Figura 5 por el sistema de la Figura 6. Con referencia a la Figura 3, el motor 103A del compresor lineal, que puede ser del tipo ya descrito con referencia a la Figura 1, tiene sus devanados de estator que reciben energía de una tensión alterna suministrada a partir del circuito de conmutación de energía 107 que puede tomar la
forma de un circuito de puente mostrado en la Figura 7. El circuito de puente 107 utiliza dispositivos de conmutación 411 y 412 para conmutar corriente de polaridad reversa a través del devanado 33 de estator de compresor. El otro extremo del devanado de estator está conectado a la unión de dos capacitores conectados en serie que están también conectados a través de la alimentación en corriente directa. El controlador de compresor se implementa preferentemente como un microprocesador programado que controla la operación del circuito de interruptor de potencia 107. El circuito de interruptor 107 está controlado primariamente por un algoritmo de interrupción 108 ejecutado por el microprocesador de sistema de control. El microprocesador está programado para controlar la alimentación en energía a aplicar al motor a través del algoritmo de interruptor 108. El microprocesador puede ejecutar varias funciones o utilizar tablas, algunas de las cuales se representan como bloques en los diagramas de bloques de las Figuras 3 a 6 para propósitos de explicación. Reciprocaciones del pistón del compresor y la frecuencia o periodo del mismo son detectadas por el detector de movimientos 109 que, en la modalidad preferida, comprende el proceso de monitorear la fuerza contraelectromotriz (back EMF) inducida en los devanados de estator de compresor por la armadura de compresor reciprocante. Esto puede incluir, en
particular, la detección de los cruces de cero de esta señal de fuerza contraelectromotriz (back EMF) . Un algoritmo de interrupción 108 que proporciona señales de saldad de microprocesador para controlar el interruptor de potencia 107 tiene tiempos de interrupción iniciados a partir de transiciones lógicas en la señal de cruce de cero 110 de la fuerza contraelectromotriz (back EMF) . Esto asegura que los devanados son alimentados en energía en sincronía con la frecuencia natural instantánea del compresor, y el compresor reciprocante opera con buena eficiencia. La potencia de entrada al compresor puede ser variada controlada ya sea la magnitud de la corriente o la duración de la corriente aplicada a los devanados del estator por el interruptor de potencias 107. Ser puede emplear también la modulación de ancho de pulso del interruptor de potencia. La Figura 4 muestra el sistema básico de control de compresor de la Figura 3 mejorado por la técnica de control divulga den el documento US 6,809,434 que minimiza las colisiones pistón/cilindro en operación normal mediante el ajuste de una potencia máxima con base en frecuencia de pistón y temperatura de evaporador. La salida 11 de un sensor de temperatura de evaporador es aplicada a una de las entradas de microprocesador y la frecuencia de pistón es determinada por una rutina de frecuencia 112 que determina el tiempo entre los cruces de cero en señal de la fuerza
contraelectromotriz (back EMF) 110. Tanto la frecuencia determinada como la temperatura de evaporador medida se utilizan para seleccionar una potencia máxima a partir de una tabla de búsqueda de potencias máximas 113 que establece la potencia Pt máxima permisible para una rutina de comparador 114. La rutina de comparador 114 recibe, como según la entrada, un valor 106 que representa la demanda en energía requerida del control de refrigerador global. La rutina de comparador 114 es utilizada por un algoritmo de interrupción 108 para controlar la magnitud o duración de corriente de interrupción. Una rutina de comparador 114 proporciona un valor de salida P 115 que es el mínimo de Pr, potencia requerida por el refrigerador, y Pt, potencia permitida a partir de la tabla de potencias máximas 113. Utilizando solamente los conceptos de control explicados con referencia a la Figura 4 se obtendrá un compresor lineal 103A (cuando está activo) que opera sin colisiones de pistón o con colisiones mínimas en operación normal. Sin embargo, de conformidad con lo divulgado en el documento US 96,812,597, un compresor lineal 103A puede funcionar en un "modo de potencia máxima" en donde se puede lograr una potencia más alta que con el sistema de control de la Figura 4, pero con la inevitabilidad de ciertas colisiones de pistón. Un sistema de control que facilita este modo se describirá también a continuación.
Con referencia a la Figura 5, se emplea un algoritmo de potencia 116 que proporciona valores a otra entrada a rutina de comparación 114. Un algoritmo de potencia 116 incrementa lentamente la potencia de entrada de compresor proporcionando valores cada vez mayores a la rutina de comparador 114 lo que provoca que el algoritmo de interrupción 108 incremente la magnitud o la duración de la corriente de interrupción de potencia. La potencia Pa es incrementada por un valor incremental cada n ciclos o reciprocaciones de pistón. Este incremento progresivo sigue hasta que se detecte una colisión de pistón. El proceso de detección de colisión 117 es preferentemente determinado a partir de un análisis de la fuerza contraelectromotriz (back EMF) inducida en los devanados del compresor y la técnica utilizada puede ser o bien la técnica divulgada en la Patente Norteamericana 6,812,597, que busca disminuciones repentinas en el periodo del pistón, o bien la técnica divulgada en la Solicitud de Patente Norteamericana 10/880,389 que busca discontinuidades en la pendiente de la señal de fuerza contraelectromotriz (back EMF) analógica. Al detectar una colisión, un algoritmo de potencia 116 provoca disminuciones del valor Pa para lograr una reducción de la potencia. El algoritmo de potencia 116 otra vez incrementa lentamente el valor Pa hasta detectar otra colisión y el proceso se repite. Es deseable, pero no
necesariamente, la metodología de control de potencia alta descrita se utiliza en combinación con el control para operación normal cuando se emplea un método para evitar colisiones de conformidad con lo descrito con referencia a la Figura 4. Un sistema de control que emplea ambas técnicas se muestran en la Figura 6. Aquí, la rutina de comparación 114 recibe 3 entradas, Pr, Pt y Pa. De conformidad con la presente invención, el sistema de control incluye una técnica adicional de conformidad con lo ilustrado en la Figura 8. Esta técnica adicional puede ser aplicada en combinación con uno o varios de los sistemas ilustrados en las Figuras 3 a 6. De conformidad con otra técnica, el controlador de compresor incluye un control aproximado activado de conformidad con la frecuencia de funcionamiento del compresor. Este aspecto de control adicional es ilustrado en la Figura 8 que ofrece otro valor de entrada, Pc, a una rutina de comparación 114. Un calculador de frecuencia 112 calcula la frecuencia de operación actual del compresor de coOnformidad con la salida de la rutina de detector de movimientos 109. La rutina de calculador de frecuencias 112 proporciona esta frecuencia de funcionamiento para control de umbral 160. El control de umbral 160 compara la frecuencia de funcionamiento actual contra un umbral de frecuencia y proporciona un valor Pc como salida. El control de umbral 160 puede comparar la
frecuencia de funcionamiento actual contra un umbral de frecuencia inferior o contra un umbral de frecuencia superior. Preferentemente, el control de umbral 160 compara la frecuencia actual por lo menos contra un umbral de frecuencia inferior. En este caso, el umbral de frecuencia inferior indica una presión de descarga por debajo de un nivel que es adecuado para soportar una operación segura del compresor. Esto es particularmente el caso cuando el compresor opera con cojinetes de gas y una presión de descarga mínima es útil para mantener la operación efectiva de los cojinetes de gas. La presión de umbral mínima es preferentemente determinada para el compresor y almacenada en memoria del controlador de compresor. El control de umbral 160 puede también comparar la frecuencia contra un valor de umbral superior. En este caso, la frecuencia alta puede indicar que la temperatura del condensador se a vuelto extremadamente elevada. Esto indica condiciones anormales de operación, como por ejemplo una carga de refrigerador excepcional causado por el hecho que puestas de refrigerador o compartimientos permanecen abiertos, o bien debido a la falla de una o varias partes del sistema de refrigeración, como por ejemplo la falla de un ventilador de condensador. En cada caso de alcance del umbral inferior, el control de
umbral proporciona preferentemente temporalmente un valor de Pc que detiene el compresor, por ejemplo, estableciendo Pc como cero. Sin embargo, cuando el umbral superior es rebasado, el valor Pc puede ser colocado a un nivel intermedio predeterminado que es igual a una salida de compresor moderada. El control de umbral puede programarse con el objeto de seguir ofreciendo este ajuste de potencia reducida (o cero) durante un lapso de tiempo predeterminado y después inhabilitarse durante un lapso de tiempo predeterminado adicional. Mientras el control de umbral esta inhabilitado, el compresor funcionara de conformidad con otros algoritmos de control de potencia. Después de haber transcurrido dicho tiempo predeterminado adicional, el control de umbral se activará otra vez. El control de umbral 160 puede operar en la frecuencia de funcionamiento instantánea, pero puede también requerir que la frecuencia de umbral haya sido alcanzado durante un lapso predeterminado de tiempo antes de proporcionar el valor de potencia reducida (o cero). Así, por ejemplo, cuando el compresor es activado por vez primera, la frecuencia de operación inicial estará baja hasta la acumulación de presión en el lado de presión elevada del circuito de refrigeración. Mediante el hecho de requerir que el umbral sea alcanzado durante un lapso predeterminado de tiempo antes de ajustar el
valor de potencia Pc, el control de umbral no cortará la alimentación en energía al compresor hasta que un tiempo suficiente haya transcurrido para que el sistema de refrigeración alcance una condición de operación de estado constante. Alternativamente, el control de umbral puede ser efectivamente inhabilitado durante un lapso predeterminado de tiempo después del arranque del compresor. En el caso del rebase del umbral alto, el control del umbral puede proporcionar también una salida adicional, por ejemplo, al controlador de sistema de refrigeración 210. Esta salida puede alertar el controlador de sistema de refrigeración de una condición de operación anormal. El controlador de refrigeración 210 puede responder a esta alerta ejecutando rutinas de prueba contra uno o varios de los dispositivos bajo su control o proporcionando una alerta de usuario o un reporte de falla. Las Figuras 9 y 10 ilustran opciones de programa de control para implementar el control de umbral 160 de la Figura 8. La opción de programa de control de la Figura 9 implementa un control independiente que puede funcionar en un microprocesador discreto, o bien puede implementarse como un proceso discreto que funciona en paralelo con otros procesos en una microcomputadora individual o bien puede implementarse en circuitos lógicos. El proceso de la Figura 10 efectúa las mismas funciones que el proceso de la Figura 9, pero como una
subrutina de control para ejecución a intervalos por un proceso de control mayor. Por ejemplo, la subrutina puede utilizarse en un programa de control completo que implementa también la tabla de potencias máximas 113, algoritmo de detección de colisiones 117, algoritmo de potencia 116, calculador de frecuencias 112 y comparador 114 del sistema ilustrado en la Figura 6. En cualquier caso, componentes del sistema de control pueden ser implementados en un hardware o software o circuitos lógicos según el deseo del diseñador del sistema. Además, las funciones pueden ser divididas entre múltiples paquetes de controlador discretos múltiples o integradas en un solo paquete de controlador. Con referencia ahora a la Figura 9, el control independiente incluye un bucle de control principal 902 que mantiene una salida Pc en la potencia de demanda de refrigerador Pr excepto en el caso en el cual la frecuencia cae por debajo de un umbral predeterminado TL o arriba de un umbral predeterminado u- El control independiente inicia , en el paso 904 cuando el compresor empieza a operar. El algoritmo de control puede iniciar en el momento en el cual el controlador es activado por vez primera. El proceso avanza hasta el paso 906 y lee la frecuencia de funcionamiento actual "f" a partir del calculador de frecuencia 112. El control avanza entonces hasta el paso de decisión 908. Si en el paso 908 el control
determina que la frecuencia "f" es igual a cero, lo que indica que el compresor no esta funcionando, el proceso avanza hasta el paso 910. Si el proceso determina en el paso 908 que la frecuencia "f" no es igual a cero, lo que indica que el compresor esta funcionando, el proceso avanza hasta el paso 912. Si el compresor avanza hasta el paso 910, el proceso establece una variable "t" como el tiempo presente. El proceso avanza entonces hasta el paso 912. En el paso 912, el proceso establece un valor de salida Pc que es igual a la potencia Pr de demanda de controlador de refrigerador. Esto asegura que el proceso no afecte la salida del comparador 114 a menos que la frecuencia "f" active un control de umbral en pasos posteriores 916 o 919. El proceso avanza entonces hasta el paso 914. En el paso 914, el proceso lee valores de umbral superior e inferior Tu y TL, respectivamente, a partir de una tabla de búsqueda y después avanza hasta el paso 916. En el paso de decisión 916, el proceso determina si la frecuencia "f" es inferior al valor umbral inferior TL. Si es cierto, el proceso avanza hasta el paso 918. Si es falso, el proceso avanza hasta el paso 919. En el paso de decisión 919, el proceso determina si la frecuencia "f" es mayor que el umbral superior T0. Si es cierto, entonces el proceso avanza hasta el paso 920. Si es
falso, el proceso regresa a través del bucle 902 hasta el paso 906. En el paso 916, si el proceso determina si la frecuencia es inferior al valor umbral, el proceso avanza hasta el paso 918 para determinar si el compresor ha estado funcionando durante por lo menos 15 segundos. Esto asegura que el compresor no esté funcionando debajo de la frecuencia umbral simplemente porque el compresor se encuentra todavía en una fase de arranque de operación. El tiempo para que la frecuencia alcance un estado constante superior a la frecuencia umbral inferior dependerá del compresor particular y del sistema específico de refrigeración. El valor de 15 segundos se proporciona solamente como ejemplo. Así, en el paso 918, el proceso determina si el tiempo presente es mayor que la variable "t" + 15 segundos. Si es cierto, esto indica que el compresor no se encuentra en una fase de arranque de tal manera que el control avanza hasta el paso 922 para ajustar el valor de salida Pc. Si es falso, se considera que el compresor se encuentra en una fase de arranque, actualmente, y el control avanza hasta el paso 919. El paso 919 responderá inevitablemente falso y el control regresará a través del bucle 902 hasta el paso 906. El control efectuará un circuito repetido hasta que o bien la frecuencia alcance el umbral inferior TL o bien que el tiempo sea mayor que t + 15 segundos. Por consiguiente el control evitará cerrar el
compresor durante su condición de arranque o alcanzará subsiguientemente una condición de funcionamiento adversa solamente después de un lapso de tiempo corto. Evidentemente, la selección de un lapso de tiempo (por ejemplo 15 segundos) es relativamente arbitraria y dependerá del compresor y del sistema de refrigeración en el cual se incorpora. Si el proceso de control avanza hasta el paso 922 a partir del paso 918, entonces en el paso 922 el proceso establece una salida Pc como cero y avanza hasta el paso 924. La salida Pc en cero, esto será inevitablemente (o será igual a) el valor mínimo proporcionado al comparador 114. Por consiguiente la razón de trabajo de impulsión P será cero y la potencia será totalmente removida del compresor. El control independiente avanza hasta el paso 924 y espera antes de regresar al punto inicial del bucle. La duración de la espera será predeterminada y almacenada dentro del proceso de control, o bien será determinada a partir de otras condiciones de funcionamiento, o bien a partir del desempeño histórico reciente del sistema. Por ejemplo, el periodo de espera puede ser extendido si el control de umbral 16° es ejecutado repetidamente en tiempo corto. Por ejemplo, el control de umbral 160 puede registrar una duración desde que el umbral inferior fue activado por vez última y cuando la duración se encuentra por debajo de un valor predeterminado, la duración de espera, que puede ser variable con un valor
preestablecido, puede ser incrementada. Preferentemente, un paso de control reestablecerá periódicamente la duración variable. En el ejemplo ilustrado, el proceso de control espera durante un lapso de tiempo predeterminado en el paso 924, como por ejemplo 300 segundos. En el caso de un control de frecuencia de umbral inferior, esto podría parecer un periodo útil mínimo. Cinco minutos proporcionarían a las condiciones de operación del refrigerador tiempo para acumular una pequeña demanda residual que permitirá al compresor funcionar arriba de la frecuencia umbral TL durante por lo menos un pequeño lapso de tiempo en su ciclo siguiente . Si el proceso de control avanza del paso 919 al paso 920, esto indica que el compresor está operando arriba del umbral superior Tu. En este caso, el control de umbral establece el valor de salida Pc a un valor reducido, por ejemplo, una fracción del valor P de ciclo de trabajo de impulso prevaleciente actual. En el ejemplo Pc es P/2. Será la mita del valor mínimo de las demás entradas al comparador 114 (Pr, Pa, y Pt) • El control avanza después hasta el paso 928. En el paso 928, el proceso de control establece una variable de alerta como verdadera. El controlador de refrigeración puede utilizar esto para señalar una falla o intentar de otra forma diagnosticar una falla en el sistema. El controlador de refrigeración puede registrar la activación de esta alerta en
una bitácora de datos para análisis posterior si el refrigerador desarrolla una falla o bien si es sujeto a una petición de servicio de usuario. El control avanza después hasta el paso 929. En el paso 929, el proceso espera antes de regresar hasta el paso 906. La duración de la espera en el paso 929 establece la duración durante la cual el proceso mantendrá el valor de salida Pc en el valor reducido. Después de transcurrir este lapso de tiempo, el valor Pc será reestablecido al valor Pr en el paso 912. La duración en el paso 929, como la duración en el paso 924, puede determinarse o bien puede ajustarse por el procesador de control para tomar en cuenta el comportamiento histórico. La Figura 10 ilustra un proceso equivalente que opera como subrutina de control. En esta medida, se elimina bucles que incluyen un tiempo de espera. Además, en lugar de que el bucle de proceso retroceda hasta el punto de inicio del proceso, cada sección del proceso termina y retorna el control al proceso que lo llamo. Por consiguiente, la subrutina es para ejecución a intervalos cortos en lugar de ser un proceso independiente continuo. Las variables mencionadas son persistentes y permanecen establecidas entre iteraciones de la subrutina. Cada instancia de operación del proceso empieza en el paso 1000. La subrutina avanza al paso 1020 para determinar si el
tiempo es inferior a un tiempo variable t2 que es transferida a partir de iteraciones previas del proceso. Un tiempo variable t2 o bien habrá sido establecido más recientemente en el paso 1022 o bien habrá sido incrementado en los pasos 1024 ó 1029, como se describirá abajo. Si la variable t2 fue ajustada en el paso 1022 en la iteración previa de la subrutina de control, entonces el tiempo presente será mayor que t2 y la subrutina avanzará hasta el paso 1022. De otra forma, si el tiempo fue incrementado en el paso 1024 o en el paso 1029, menos de 300 segundos antes entonces el tiempo presente será inferior a t2 y la subrutina avanzará desde el paso 1020 para terminar en el paso 1021. Cuando la rutina avanza hasta el paso 1022, el proceso lee la frecuencia de funcionamiento actual "f" a partir del calculador de frecuencia 112 y establece la variable t2 como el tiempo presente. El proceso avanza después hasta el paso de decisión 1008. En el paso 1008, el control determina si el compresor está funcionado, dependiendo de si la frecuencia "f" es igual a cero. Si es cierto, entonces el control avanza hasta el paso 1010 y establece la variable ti igual al tiempo presente antes de avanzar hasta el paso 1012. Si es falso, el proceso avanza directamente al paso 1012. En el paso 1012, el proceso establece el valor actual de salida Pc igual al ciclo de trabajo de demanda Pr. El proceso
avanza entonces hasta el paso 1014 para leer los valores umbrales superior e inferior Tu y TL a partir de una tabla de control . El proceso avanza desde el paso 1014 hasta el paso 1016 para determinar si la frecuencia es inferior al valor umbral inferior TL. Si es verdadero, el proceso avanza hasta el paso 1018. De otra forma, el proceso avanza hasta el paso 1019. En el paso 1019, el proceso determina si la frecuencia es mayor que el umbral superior T0. Si es verdadero, el proceso avanza hasta el paso 1006. De otra forma, el proceso avanza para terminar en el paso 1004. Si el procesador está operando en un rango ambiental normal, el proceso avanzará habitualmente para terminar en el paso 1004 y el valor Pc seguirá Pr. Cuando el proceso avanza hasta el paso 1018 a partir del paso 1016, esto indica que el compresor está funcionando por debajo de la frecuencia umbral TL. En este caso, en el paso 1018, el proceso determina si el compresor está operando en un modo de arranque y ha estado funcionado durante lapso de tiempo inferior a un periodo preestablecido. Por ejemplo, en el proceso ilustrado, si el tiempo presente no es mayor que variable ti + 15 segundos, entonces el proceso considera que el compresor se encuentra en un modo de arranque y avanza para terminar en el paso 1005. De otro forma, el proceso avanza hasta el paso 1007 considerando que el compresor haya
estado funcionado ahora durante por lo menos 15 segundos a velocidades superiores a cero y por consiguiente debe haber alcanzado una condición de operación estable. Esta duración de arranque puede variar según las características particulares del sistema de refrigeración en donde se incorpora el control según el tiempo de arranque anticipado para alcanzar una condición de funcionamiento estable. En el paso 1007, el proceso de control establece el valor de salida Pc en cero que se volverá la potencia mínima determinada por el comparador 114 y hace que la salida de control P se reduzca a cero y el compresor parara. El proceso avanza entonces desde el paso 1007 hasta el paso 1024 para establecer una variable t2 igual al tiempo presente + 300 segundos. Este valor será transferido a iteraciones subsiguientes de la subrutina de control y afectará la operación de la subrutina en el paso 1020. De hecho, esto proporciona un retardo de 300 segundos antes que la subrutina de control se ejecute correctamente en un intento subsiguiente. Durante este periodo, el proceso de control avanza al contrario para terminar en el paso 1021. La duración de 300 segundos indicada es solamente un ejemplo. Como en el caso de la modalidad de la Figura 9, una duración de retardo puede ser determinada o bien puede ser adoptada según la historia reciente de funcionamiento de la subrutina. El proceso avanza entonces para terminar en el paso 1031.
Si el compresor avanzó 1019 hasta el paso 1006, esto indica que el compresor está funcionando arriba del umbral superior T0. En este caso, el proceso de control en el paso 1006 establece un valor de salida Pc a un nivel reducido, por ejemplo, la mitad del valor de control prevaleciente P de tal manera que Pc sea la mitad del valor mínimo de los valores de control Pr, Pa, Pt. Debido a la operación de los pasos 1029 y 1020, este valor de Pc durará durante un periodo de retraso. En el paso 1028, la subrutina de control establecerá una alerta con el mismo propósito que la alerta proveniente del control de la Figura 9. Después, avanzando al paso 1029, la subrutina establece una variable t2 igual al tiempo presente más un periodo de retraso (por ejemplo, 300 segundos) . Otra vez. El periodo de retraso puede ser predeterminado o bien puede ser variado según las condiciones de funcionamiento o la historia reciente. El proceso avanza entonces para terminar en el paso 1030. Se observará que los procesos presentados con detalles en las Figuras 9 y 10 se expresan particularmente en términos para integrarse con la estructura de control global y estrategias de las Figuras 3 a 6 mientras que estas estrategias de control y procesos son preferidas y operan de manera provechosa, los principios básicos de control del compresor de conformidad con la frecuencia resonante detectada, mediante la remoción de energía del compresor cuando una
frecuencia cae por debajo de un nivel umbral inferior, o bien reduce la potencia al compresor cuando la frecuencia se eleva arriba de un nivel umbral superior, o ambas cosas, pueden aplicarse en una amplia gama de sistemas de control y programas. De conformidad con lo anterior, la invención consiste en un controlador que recibe una retroalimentación con relación a la operación del compresor y ofrece una señal impulsora para aplicar corriente al motor lineal en armonía con la frecuencia natural instantánea del compresor. El compresor incluye medios para remover energía del compresor cuando la frecuencia natural del compresor cae por debajo de un umbral piso, o que reduce la potencia al compresor cuando la frecuencia natural se eleva por encima de un umbral piso, o ambas cosas. Estos medios pueden comprender un^, algoritmo de control de umbral implementado en software o hardware. El controlador puede incluir medios para obtener una medición indicadora del periodo de desplazamiento reciproco del pistón, y los medios para remover energía pueden incluir un comparador que compara la medición indicadora contra el umbral . La medición indicadora del periodo de reciprocación puede ser una medición de un solo periodo de reciprocación, una media de una serie o subserie de una secuencia reciente de periodos de desplazamiento reciprocante, o una estimación actual de la
frecuencia de funcionamiento del compresor. La retroalimentación al controlador puede incluir datos de fuerza contraelectromotriz (back EMF) y los medios para obtener una medición indicadora del periodo de reciprocación del pistón pueden obtener la medición a partir del análisis de los datos de fuerza contraelectromotriz (back EMF) . El umbral piso, el umbral techo, o ambos umbrales, pueden ser un umbral predeterminado leído a partir de una memoria, o bien puede ser un umbral al menos parcialmente determinado o modificado por cálculo de conformidad con las condiciones presentes . El compresor puede no tener lubricación con aceite. El deslizamiento del pistón en el cilindro pue3de ser facilitado por cojinetes de gas. Cuando el deslizamiento del pistón en el cilindro es facilitado por cojinetes de gas estáticos, una trayectoria de alimentación de gas comprimido puede extenderse desde un depósito que, en uso, contiene gases comprimidos por el compresor hasta los cojinetes de gas estáticos. El controlador puede recibir una entrada de demanda y en operación normal aplicar una cantidad de corriente al motor lineal según la entrada de demanda. La entrada de demanda puede ser una entrada de nivel de demanda o una entrada de cambio de demanda. El controlador puede hacer caso omiso de la operación normal
en el caso en el cual las frecuencia natural del compresor se eleva por encima de un umbral techo, o cae por debajo de un umbral piso, o ambas cosas, y también en el caso en el cual se detecta una colisión del pistón con un cabezal o una placa de válvula del compresor. El controlador puede detectar una colisión con base en una análisis de datos de fuerza contraelectromotriz (back EMF) provenientes del motor lineal.