專利名稱：壓縮機的運轉控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種壓縮機的運轉控制方法，特別是涉及使作為壓縮機驅動源裝在空調器等中用于冷凍循環(huán)的感應電動機以良好效率運轉的運轉控制方法。
在現(xiàn)有技術中，多數(shù)裝在空調器中的壓縮機把感應電動機作為放置驅動源，以逆變器方式的該運轉控制是公知的。在該逆變器方式中，通過改變供給感應電動機的交流電頻率F來控制壓縮機的轉數(shù)(能力)，而得到配合冷凍循環(huán)的負載大小的運轉能力。此時，交流電的電壓V(使用PWM方式逆變器裝置時，在感應電動機定子線圈中產(chǎn)生的模擬電壓)，雖然其頻率F根據(jù)負載來調整，但V/F的比通常為一定那樣預先設定。
特別是，在PWM方式的逆變器裝置中，根據(jù)頻率F而預先設定開關元件的通/斷特性曲線，一般是存儲在ROM中的。由于受可以存儲在該ROM中的通/斷特性曲線的量的限制，電壓V的值與頻率F一一對應那樣設定并存儲，就減少了ROM的使用量。
在上述現(xiàn)有壓縮機的運轉控制方法中，V/F之比通常為一定，但由于是控制頻率F的方式，感覺到負載變動而更高地設定V/F值，來防止在向負載增加方向變化時壓縮機堵轉。因而，自然在負載輕時存在運轉效率低的問題。
為了排除該運轉效率的低下，求出供給感應電動機的交流電的功率因數(shù)，而把電壓控制為使該功率因數(shù)最高的措施已經(jīng)公開了(參照特開昭61-20236號公報)。
但是，在求得該交流電功率的控制方法的情況下，一但在供給電動機的交流波形中存在畸變(特別是由高次諧波引起的畸變)，功率因數(shù)的檢測精度就極端低，就不能充分地提高運轉效率。
即，把由逆變器電路形成的模擬正弦波(根據(jù)PWM理論開關直流電壓所得到的交流波形)供給電動機時，由電動機定子線圈的電感使模擬正弦波在一定程度平滑，但由于電流波形中依然還有畸變，就會引起如上所述那樣的檢測精度低的問題。該不合適，特別是在小輸出的電動機(幾千瓦以下)中波形的畸變率變得很大，上述的不合適是顯著的。
因此，從流過電動機的電流波形檢測轉差率，該轉差率控制成為預定值那樣的電動機端電壓，這種提高運轉效率的措施是公知的(參見特開平4-33584號公報)。而且，轉差率越小運轉效率就越高。
但是，一旦在這種情況下電流波形中仍存在上述畸變，轉差率的檢測精度就會產(chǎn)生偏差，端電壓的控制就變得不穩(wěn)定。假定通過提高檢測電路的電路能力而在一定程度上抑制檢測偏差，但檢測電路就會顯著變得復雜，該零件的成本大幅度上升。
鑒于這樣的現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的主要目的是提供一種能夠節(jié)能的運轉控制方法，把其頻率F保持在一定上微調根據(jù)空調器的運轉狀態(tài)而供給壓縮機的電壓V，提高運轉效率。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的壓縮機的運轉控制方法的特征是使用壓縮機、冷凝器、減壓裝置和蒸發(fā)器來構成冷凍循環(huán)，在任意改變供給作為旋轉源裝在上述壓縮機中的感應電動機的交流電頻率的壓縮機運轉控制方法中，判斷上述冷凍循環(huán)的負載是否在預定范圍內，在負載充滿該范圍時，不改變上述交流電的頻率(F)，提高電壓(V)。
而且進一步特征在于，上述范圍是上述交流電頻率在預定范圍內，上述交流電的電流在預定值以下，而且，在通過上述冷凍循環(huán)進行預定空間的空調時的空間溫度在設定值以下。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)負載的大小調節(jié)交流電的頻率，控制壓縮機的能力。一方面，在負載較輕時(例如交流電頻率在預定范圍內，電流在設定值以下，而且進行空調時的室溫在設定值以下)，仍把頻率保持一定，適當?shù)亟档碗妷?。由此，調整感應電動機的轉差率來降低電流值，而成為高效率運轉。
下面根據(jù)


本發(fā)明的一實施例。該實施例是把使用壓縮機的冷凍循環(huán)裝在空調機中的情況。
圖1是本實施例涉及的空調機的示意圖。圖中，標號5表示密閉型壓縮機。該壓縮機5由壓縮冷卻媒質的壓縮機本件6和旋轉驅動該壓縮機本件6的三相交流感應電動機1組成。標號23是四通切換閥，24是熱源側熱交換器，25-27是減壓裝置(例如毛細管)，28是過濾器，29是利用側熱交換器，以及30是蓄熱器。這些部件通過冷卻媒質管線而連接，構成冷凍循環(huán)。
在四通切換閥23處于圖1所示切換位置時，從壓縮機5排出的壓縮冷卻媒質按實線箭頭方向流動，熱源側熱交換器24作為冷凝器的功能，而且，利用側熱交換器29作為蒸發(fā)器的功能，因此，使用利用側熱交換器29就能進行利用側的如室內的冷卻房間運行。一但四通切換閥23切換到虛線處，從壓縮機5排出的壓縮冷卻媒質按虛線箭頭方向流動，這時，利用側熱交換器29作為冷凝器的功能，而且，熱源側熱交換器24作為蒸發(fā)器的功能，因此由利用側熱交換器29就能進行室內的溫暖房間運轉。
圖中標號31、32是消音器，33是用于向熱源側熱交換器24送風的螺旋槳式風扇，由電動機30驅動。35是向室內供給由利用側熱交在29進行熱交換(加熱/冷卻)的調節(jié)空氣的橫流扇，由電動機36驅動。
標號370表示室內單元，在該室內單元370中安裝利用側熱交換器29，橫流扇35、電動機36、室內側控制部37等。除此之外的機器安裝在室外單元371中。在室外單元371和室內單元370之間由冷卻媒質管線和信號線連接。
室內單元370包括控制供給壓縮機5的電動機1的交流電頻率F的信號，把運轉控制配置在室外單元371中的機器的信號輸出給室外單元371。來自室內單元370的信號，在室外單元371中，首先通過接口38而輸入，提供給作為控制部的微處理器39。
微處理器39根據(jù)輸入信號控制室外單元371的運轉，同時，形成用于按照PWM理論得到模擬正弦波的開關信號。對于該開關信號的形成將在后邊描述。由微處理器39形成的開關信號通過用于開關的放大器41來提供給逆變器電路40。
逆變器電路40，如圖2所示，具有把6個功率開關元件X、X、Y、Y，Z連接成三相橋形的電路結構，在圖中的P端提供直流電?？梢允褂霉β示w管，功率FET、IWGT等作為6個功率開關元件。該6個開關元件響應開關信號來通/斷，供給電動機1三相模擬正弦波。
供給逆變器電路40的直流電是從交流電源42得到的。即，把交流電源42的單相交流進行倍壓整流而產(chǎn)生直流電。倍壓整流是由整流元件43和平滑電容器44、45來進行的。圖1中，標號46是倍壓整流后的平滑電容器，47是扼流圈，48、49是消音器、50，51是電流熔斷器，及52是非線性電阻。
圖3是表示由微處理器39進行開關信號生成的原理圖，是表示由圖2所示的開關元件X、X得到通/斷信號(開關信號)時的例子。開關元件X的通/斷信號是將開關元件X的通/斷信號反向。
在圖3的上段，一種波形CO表示載波(如三角波，階梯狀三角波、限位波)，另一種波形MO表示調制波MO的振幅大小決定通/斷信號SO，在調制波MO＞載波CO時，為通/斷信號SO＝ON。載波CO、調制波MO的頻率及頻率比并不是僅限于圖示那樣，圖3是作為在說明時容易理解的頻率。
開關元件Y和通/斷信號，超前圖3的調制波MO的相位角120度，由調制波MO和載波CO的振幅比較而生成。開關元件Y的開關信號是把開關元件Y的反向而得到。開關元件Z的通/斷信號，滯后圖3的調制波MO相位角120度，由調制波MO和載波CO的振幅比較而生成。開關元件Z的通/斷信號是把開關元件Z的反向而得到。
一但把該通/斷信號(開關信號)供給逆變器電路40，由開關元件X、X、Y、Y、Z、Z以與該通/斷信號的占空比相同的特性曲線使直流電通/斷，而生成模擬正弦波。由于調制波MO的周期對應于模擬正弦波的頻率下，通過改變調制波MO的周期就能改變模擬正弦波的頻率F。經(jīng)過減小載波CO的周期，由于在模擬正弦波1個周期中增加了通/斷次數(shù)，提高了模擬正弦波的分辨率。在圖3中，表示了增大用于說明的載波頻率。
圖4表示在改變調制波振幅時的通/斷信號的變化。一但加大調制波振幅從MO到M1，模擬正弦波從SO變?yōu)镾1狀態(tài)，模擬電壓(在模擬正弦波的電流流過感應電動機時在勵磁線圈兩端上表示的計算上的端電壓)變高。最大導通時間與最小導通時間之差變大，該模擬電壓變高。一但調制波振幅變小而從MO到M2，模擬正弦波成為S2的狀態(tài)，模擬電壓變低。
這樣，通過改變調制波振幅就能改變供給感應電動機1的三相交流電壓，通過改變調制波的頻率就能改變三相交流頻率。
圖5是用于生成通/斷信號(開關信號)的微處理器39主要部分方框電路圖。圖中，標號60是16bit和UP/DOMN計數(shù)器。該計數(shù)器60與時鐘同步來進行計數(shù)值的加法運算，一但計數(shù)值達到FFFFH就與時鐘同步來進行計數(shù)值的減去法運算，一但計數(shù)值達到OH再次變到計數(shù)值的加法運算，以后重復加法運算和減法運算。這樣，該計數(shù)器60的輸出(計數(shù)值)以三角波(載波)狀變化。
標號61是正弦波控制部，輸入命令頻率F的頻率指令值f，命令電壓V(模擬電壓)的電壓指令值，在存儲區(qū)內由O-FFFFH的數(shù)據(jù)變化形成該正弦波。該正弦波的形成是按照圖6所示流程圖來進行的。首先，在步驟S11來進行f、V的預置(f＝0、V＝0.80)。而且，例如，為了說明的f是f＝0和10≤f≤150Hz，0.50≤V≤1.00，但并不是僅限于此。
一但在步驟S12判斷了頻率指令值f或電壓指令值V的變更，處理就進行步驟S13，改寫存儲區(qū)域內的正弦波數(shù)據(jù)。此時，把正弦波數(shù)據(jù)來預定V值來修正正弦波數(shù)據(jù)。圖7的正弦波84-86表示存儲區(qū)域內的正弦波數(shù)據(jù)。正弦波84是f＝10，V＝1.00的基波，地址CO-C10之間的值如圖示那樣變化并被存儲。正弦波85是f＝10，V＝0.66時的正弦波數(shù)據(jù)，正弦波86是f＝20，V＝1.00時的正弦波數(shù)據(jù)。C10，C20的值由所使用的時鐘頻率決定。例如，在使用100KHz的時鐘時，為C10＝10000，C20＝5000。
正弦波(1/2周期)80，82，83代表存儲在存儲部62中的正弦波數(shù)據(jù)的值(OH-FFFFH)。在該存儲部62內以0.1Hz的節(jié)距存儲正弦波數(shù)據(jù)。f10、f15、f20分別表示正弦波數(shù)據(jù)的起始。這些正弦波數(shù)據(jù)的振幅隨著頻率變高而變大。即，對于預定的負載V/f設定為一定。
例如，正弦波84的值＝FFFFH/2±(正弦波80的值)/2，正弦波85的值＝FFFFH/2±0.66X(正弦波80的值)/2。同樣可以求出其他正弦波。即，如果得到頻率指令值f和電壓指令值V，就能在圖6的步驟S13中改定存儲區(qū)域內的正弦波數(shù)據(jù)。
而且，在圖6中為了使說明容易而把正弦波80，82，83表示為1/2周期，但不用說，為了減少存儲部的占用率成為1/4周期也是很好的。
圖5的標號63表示正弦波值的分配器，生成每120度相位的偏差值。例如，在f＝10，V＝1.00(圖7所示的正弦波84)時，1個周期的長度是0-C10(10000)。120度相位的偏移位置0、C10/3＝3333、C10×2/3＝6666的步進位置。
這樣，一但使基本計數(shù)減成為C(由時鐘驅動)，就有CX＝C(在0≤C≤C10＝10000，C＝C10+1時，C＝0)，CY＝CX+C10/3(在CY＞C10＝10000時，CY＝CX+C10/3-C10＝CX+3333-10000)，CZ＝CX+C10×2/3(在CZ＞C10＝10000時，CZ＝CX+C10×2/3-C10＝CX+6666-10000)。
對應于該計數(shù)值CX、CY、CZ的正弦波值對應于圖7所示的正弦波84的值。由此，改變計數(shù)C的值時的正弦波的值的變化成為圖5所示的波形64、65、66。該波形64-66在相位上移開120度。
為了容易說明起見圖7的正弦波84-86表示為1周期，但為了減少存儲部的占用率也可以減為1/4周期。
這樣，如果提供了頻率指令值f和電壓指令值V，就能得到由頻率F，電壓V相互相位偏移120度的三相正弦波的值。
在圖5中，標號67-69表示比較數(shù)值大小的比較器。該比較67-69比較由UP/DOMN計數(shù)器60所供給的三角波(載波)的值和由波形64-66所示的正弦波(調制波)的值的大小，在調制波的值大于載波的值時輸出為通(H電平電壓)。該比較器67-69的輸出提供分別作為圖2所示的開關元件X、Y、Z的開關信號(通/斷信號)。
圖5的70-72是倒相電路，把來自比較器67-69的通/斷輸出倒相而成為開關元件X、Y、Z的開關信號(通/斷信號)。
在成為開關元件X-Z，X-Z的通/斷(特別是通→斷)的延遲時間較大的情況下，開關元件插入提供通/斷信號的電路內的延遲電路(在信號變?yōu)閿唷〞r，使該變化以預定時間延遲的電路)。
最好采用把提供給比較器67-69的值進行D/A變換而作為模擬電壓電平，在比較器中比較模擬電壓的大小。
這樣，一但把頻率指令值f和電壓指令值V(1.00-0.50的范圍)指令給微處理器39的正弦波控制部61，就能得到與指令值f、V相對應的所希望頻率F和振幅(電壓)V的交流電。
圖8表示根據(jù)負載狀態(tài)微調指標FO(其中，表示電壓V與頻率F之比[V/F])的控制，是由微處理器39進行處理。通過室內單元370的室內側控制部37根據(jù)負載求出頻率指令值，傳送給微處理器39。
首先，在步驟S21中進行微處理器39的初始化，同時，把電壓指令值V初始設定為指標FO＝V/F＝60。在該指標FO＝V/F＝60的以額定負載(不變化的一定負載)驅動壓縮機時，壓縮機的運轉效率是為最好的設定值。
然后過渡到步驟S22，輸入來自室內單元370的頻率指令值f和各種溫度T(外部空氣溫度、熱交換器溫度等)。
然后在步驟S23中，根據(jù)在步驟S22中所輸入的信號等進行其他機器的控制。例如，進行四道閥23的切換控制、電動機34的運轉，室外側熱交換器24的除霜控制等。
然后，在步驟S24中，輸入C、T53檢測的交流電流值Ⅰ，而且在步驟S25中，在冷卻房間時輸入外部空氣溫度，在加熱房間時輸入室內熱交換器溫度T。而且，省略了溫度傳感器的圖示。
此后，順序進行步驟S26-S28的判斷。最初在步驟S26中判斷頻率指令值f是否進入頻率F的預定范圍內。在作為該頻率范圍的本實施例中，如圖9所示，設定為F＝15-80Hz。由此，在頻率指令值f沒進入該范圍時為NO的判斷，而在進入時為YES的判斷，然后進到步驟S27。上述頻率范圍并不是僅限于F＝15-80Hz。限定這樣頻率的原因是為了得到設計上的能力變化范圍而加大壓縮機的排除容積的情況。壓縮機的運轉能力由該排除容積與頻率的積所決定。如果該排除容積較小，為了得到所需的最大能力就必須提高頻率。但是，一般排除容積大的壓縮機就有不能提高其構造上頻率的問題。
在步驟S27中，判斷在步驟S24中讀入的電流值Ⅰ是否在設定值以下。根據(jù)圖9所示的頻率F來決定電流設定值，具體是，由15Hz≤F≤50Hz的低頻側和50Hz≤F≤80Hz的高頻側的2段斜率的不同直線所決定。例如，由F＝15Hz則電流設定值＝I15，由F＝50Hz則電流設定值＝I50、由F＝80Hz則電流設定值＝I80。在他們中間，是由各直線所決定的值。之所以這樣設定電流設定值，是為了判斷頻率即對于其能力的負載高或低，該電流值是在其頻率時的適應性負載的情況下所流通的計算上的電流值。之所以把該設定值分成頻率的低頻側、高頻側、是因為在全部區(qū)域中不能使該適應性負載時的電流為一直線化。相當于圖9所示的折線曲線圖的頻率一電流值數(shù)據(jù)存儲在作為檢查數(shù)據(jù)的微處理器39中。
由該步驟S27的判斷，一但現(xiàn)在所供給的電流I在其設定值以下，就成為YES判斷，過渡到步驟28。
在步驟S28中，判斷在步驟S25中所計讀入的溫度T是否在設定值以下。若采用例如制冷時36℃(外部氣溫)、加熱時46℃(室內熱交換器溫度)作為該設定溫度，就不用限定必須為該數(shù)值。之所以這樣限定溫度是因為外部氣溫高時負載變大，就必須提高電壓，而室內熱交換器溫度變低時，負載大。
在上述步驟S26-S28是NO判斷的情況下，就不必后述的FO(＝V/F)的微調控制，回到步驟S22。
一方面，由微處理器39供給正弦波控制部61對應于由圖8的處理在此時所設定的FO(＝V/F)的頻率指令值f及電壓指令值V。
由此，在步驟S26-S28的NO判斷的情況下，對應于初始設定的FO(＝V/F)＝60的頻率指令值f和電壓指令值V被提供給微處理器39內的正弦波控制部61。由此，在正弦波控制部61中，生成了用于得到響應指令值f、V的所需頻率、電壓的三相交流的通/斷信號。由該通/斷信號通、斷驅動逆變器電路40的開關元件，把根據(jù)該模擬正弦波的三相交流電供給感應電動機1。該三相交流電的頻率F減為由指令值f所指令的值，感應電動機1的端民壓V成為由指令值V所指令的值。由此，空氣調節(jié)機進行以指令值f、V所指令的制冷或加熱運轉。
對此，在步驟S28中為YES判斷時，頻率范圍，電流和溫度全部是滿足預定條件的情況，一但該狀態(tài)被確認，微處理器39進行步驟S29以下的FO(＝V/F)微調處理。
在步驟S29中，根據(jù)C.T.53的檢測信號輸入現(xiàn)在的電流值Inow。然后在步驟S30中，朝廷步提高FO(＝F/V)(對于電壓V來說降低)那樣的改變電壓指令值V的設定。其中，對應于降低電壓V方向而提高FO(＝V/F)的步寬并不限于2步。
一但在降低電壓V的方向上微調FO，供給正弦波控制部61的電壓指令值V下降(頻率指令值f不變)，這種情況下，供給逆變器電路40的開關信號占空比稍微發(fā)生變化。由此，供給感應電動機的模擬電壓下降，由于轉差率被微小地微調，在對應輕載狀態(tài)不變頻率而能高效率運轉附近進行控制。
然后在步驟S31中，為了確認2步提高FO后的電流狀態(tài)進行10秒待機。該待機時間并不僅限于10秒。該待機后，在步驟S32中再次從C、T、53的檢測信號讀入此時的電流值Inext.
在步驟S33中，進行Inow-Inext≥0的是否判斷。在由該判斷成為YES時，通過2步提高FO(降低電壓V)而降低電流值，向著節(jié)能運轉，返回步驟S22，重復進行上述處理。
但是，雖然2步提高FO(降低電壓V)，在成為NO判斷時，應該知道由過渡到重載等的原因而稍微減小電壓V的控制是無效的。此時，在步驟S34中進行3步降低FO(＝V/F)(對電壓V來說是升高)這樣的改變電壓指令值V的設定。該降低步寬不限于3步。
通過該步驟降低(對電壓來說是提高)的調整，與前邊提高FO相比，F(xiàn)O成為1步下降(對電壓V來說是提高)，向著對應于負載增加的值調整FO。此后，在步驟S35中為了再次確認負載的動向而進行10秒待機，返回步驟S22。
通過以上那樣的處理，在滿足所謂的運轉頻率在設定范圍內、壓縮機電流在設定值以下且外部氣溫在設定值以下預定條件時，指標FO(＝V/F)內的頻率F保持為一定，微調電壓V。由此，改變壓縮機的感應電動機轉差率，保持相同轉數(shù)，由于能夠進行節(jié)能運轉，就減少了電能消耗，就能提高運轉效率，在進行該微調控制時，不需要特別的硬件結構，由于能夠利用現(xiàn)有電路，提高了通用性。
在圖10中，表示進行上述電壓微調控制的情況同未進行上述控制的情況相比較的數(shù)據(jù)(但在制冷運轉時)。象該圖所示那樣，把進行微調控制的情況(由圓圈所示的那樣)與沒有進行上述控制的情況(由黑點所示)相比較，可以看到在頻率15-80Hz的范圍內運轉電流顯著降低了。
象上述那樣，根據(jù)本發(fā)明涉及的壓縮機運轉控制方法，在滿足負載比較輕時的預定條件時(交流電流頻率在預定范圍內，上述交流電流在設定值以下，而且，由上述冷凍循環(huán)進行空調時室溫在設定值以下)，保持頻率為一定，適當?shù)亟档驮诟袘妱訖C中產(chǎn)生的電壓，調整感應電動機的轉差率，降低電流值，而成為高效率的運轉。
圖1是本發(fā)明一個實施例涉及的空氣調節(jié)機的方框圖;
圖2是表示逆變器電路的示意電路圖;
圖3是說明開關信號生成原理的圖;
圖4是說明使調制波振幅變化的開關信號的變化的圖;
圖5是表示微處理器內的開關信號生成電路的方框圖;
圖6是表示頻率指令值f，電壓指令值V的變更設定的流程圖;
圖7是表示存儲區(qū)域內的正弦波數(shù)據(jù)的圖;
圖8是微處理器進行電壓微調處理的流程圖;
圖9是表示頻率設定范圍和電流設定值的關系的曲線圖;
圖10是表示本發(fā)明電壓微調控制時與未進行上述控制時的運轉電流差別的曲線圖。
圖中，1是感應電協(xié)機;
5是壓縮機;
6是壓縮機本件;
24是熱源側熱交換器;
25-27是毛細管;
29是利用側熱交換器;
39是微處理器;
40是逆變器電路。
權利要求
1.一種壓縮機的運轉控制方法，該方法利用壓縮機、冷凝器、減壓裝置和蒸發(fā)器構成冷凍循環(huán)，任意改變供給作為旋轉源裝在上述壓縮機中的感應電動機的交流電頻率，其特征在于判斷上述冷凍循環(huán)的負載是否在預定范圍內，在負載充滿該范圍時，不改變上述交流電頻率(F)而提高電壓(V)。
2.根據(jù)權利要求1的壓縮機的運轉控制方法，其特征在于，上述范圍是上述交流電的頻率在設定范圍內，上述交流電的電流在設定值以下，而且，由上述冷凍循環(huán)進行預定空間的空調時的空間溫度在設定值以下。
全文摘要
在由逆變器方式驅動壓縮機的感應電動機時，根據(jù)負載狀態(tài)來推進感應電動機的運轉高效率化。使用壓縮機、冷凝器、減壓裝置及蒸發(fā)器構成冷凍循環(huán)，任意地改變供給作為旋轉源裝在上述壓縮機中的感應電動機的交流電流頻率，判斷上述冷凍循環(huán)的負載是否滿足預定的條件，在滿足預定條件時，把上述交流電流頻率保持為一定，調整由該交流電流在上述感應電動機中產(chǎn)生的電壓。
文檔編號F25B49/02GK1101710SQ93115019
公開日1995年4月19日 申請日期1993年10月15日 優(yōu)先權日1993年10月15日
發(fā)明者細貝和伸, 下川原和彥, 藤中和仁, 礒部知典 申請人:三洋電機株式會社