專(zhuān)利名稱(chēng)：往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制設(shè)備及其方法，尤其涉及這樣一種往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制設(shè)備及其方法，能夠通過(guò)檢測(cè)沖程和電流之間的相位差來(lái)提高往復(fù)式壓縮機(jī)的工作效率，并改變工作頻率，從而在每個(gè)負(fù)荷變化中產(chǎn)生接近TDC(上止點(diǎn))＝0的沖程位置工作距離。


圖1為傳統(tǒng)往復(fù)式壓縮機(jī)沖程控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)的方框圖。
如圖1所示，傳統(tǒng)往復(fù)式壓縮機(jī)沖程控制設(shè)備包括往復(fù)式壓縮機(jī)10，它通過(guò)上下運(yùn)動(dòng)活塞和改變沖程來(lái)調(diào)整制冷能力；電流檢測(cè)單元20，用于檢測(cè)在往復(fù)式壓縮機(jī)10中產(chǎn)生的電流；沖程檢測(cè)單元30，用于根據(jù)施加給往復(fù)式壓縮機(jī)10的電壓檢測(cè)活塞的沖程；相位差檢測(cè)單元40，用于檢測(cè)在電流檢測(cè)單元20和沖程檢測(cè)單元30內(nèi)測(cè)出的電流和沖程的每一相的差值；沖程振動(dòng)檢測(cè)單元50，它利用所檢測(cè)相位差的變化量來(lái)檢測(cè)沖程變化；沖程控制單元60，用于檢測(cè)沖程變化，計(jì)算根據(jù)使用者設(shè)定的期望制冷能力在往復(fù)式壓縮機(jī)10運(yùn)行中產(chǎn)生的沖程，將計(jì)算的沖程和使用者早時(shí)操作往復(fù)式壓縮機(jī)10時(shí)輸入的參照沖程值相比較，并輸出轉(zhuǎn)換控制信號(hào)以控制沖程；和逆變器70，用于接收用于控制沖程的轉(zhuǎn)換控制信號(hào)并運(yùn)行往復(fù)式壓縮機(jī)10。
下面將描述傳統(tǒng)往復(fù)式壓縮機(jī)沖程控制設(shè)備的運(yùn)行。
首先，借助根據(jù)使用者設(shè)定的最初參照沖程值的沖程輸入電壓，往復(fù)式壓縮機(jī)10的活塞進(jìn)行線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)活塞的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)測(cè)定作為活塞運(yùn)動(dòng)距離的沖程，從而通過(guò)改變沖程來(lái)控制制冷能力。這里，電流檢測(cè)單元20和沖程檢測(cè)單元30檢測(cè)往復(fù)式壓縮機(jī)10的電流和沖程。
隨后，相位差檢測(cè)單元40利用測(cè)出的電流和沖程檢測(cè)相位，根據(jù)所檢測(cè)的相位計(jì)算差值，并利用相位差的變化量來(lái)判斷沖程振動(dòng)。
在往復(fù)式壓縮機(jī)10的初期運(yùn)行過(guò)程中，沖程控制單元60根據(jù)最初的參照沖程值來(lái)控制往復(fù)式壓縮機(jī)10的運(yùn)行，在往復(fù)式壓縮機(jī)10的運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)從沖程變化檢測(cè)單元50輸入沖程變化檢測(cè)信號(hào)時(shí)，沖程控制單元60向逆變器70輸入反向信號(hào)。
如上所述，實(shí)現(xiàn)了以最大效率運(yùn)行往復(fù)式壓縮機(jī)10的操作控制。
然而，由于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的往復(fù)式壓縮機(jī)控制設(shè)備在其機(jī)械運(yùn)動(dòng)功能方面具有嚴(yán)重的非線性特點(diǎn)，不能通過(guò)不考慮非線性的線性控制方法來(lái)精確地實(shí)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)的運(yùn)行。通過(guò)檢測(cè)往復(fù)式壓縮機(jī)的電流和沖程間的相位差之拐點(diǎn)，可提高運(yùn)行效率并據(jù)此實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制，但當(dāng)持續(xù)運(yùn)行往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)，由于周?chē)h(huán)境改變產(chǎn)生的負(fù)荷變化可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行效率降低。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一種往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制設(shè)備包括往復(fù)式壓縮機(jī)；電流檢測(cè)單元，用來(lái)檢測(cè)往復(fù)式壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)中的電流；沖程檢測(cè)單元，利用施加給往復(fù)式壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)的電流和電壓來(lái)檢測(cè)活塞的沖程；相位差檢測(cè)單元，通過(guò)接收從沖程檢測(cè)單元檢測(cè)的活塞沖程和電流檢測(cè)單元檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)電流來(lái)檢測(cè)相位差；運(yùn)行頻率確定單元，根據(jù)所檢測(cè)的相位差確定與運(yùn)行區(qū)域相應(yīng)的運(yùn)行頻率；頻率/沖程存儲(chǔ)單元，利用所確定的運(yùn)行頻率存儲(chǔ)活塞沖程值；參照沖程值確定單元，利用預(yù)先存儲(chǔ)在頻率/沖程存儲(chǔ)單元中的沖程值，確定與所確定運(yùn)行頻率相應(yīng)的參照沖程值；控制單元，用于比較參照沖程值和一定時(shí)刻之后的當(dāng)前活塞沖程值，并根據(jù)比較結(jié)果輸出沖程控制信號(hào)；和逆變器，用于根據(jù)控制單元產(chǎn)生的沖程控制信號(hào)，改變運(yùn)行頻率和施加給往復(fù)式壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)的電壓。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一種往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制方法包括當(dāng)往復(fù)式壓縮機(jī)按照參照運(yùn)行頻率運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)負(fù)荷變化；當(dāng)測(cè)出負(fù)荷變化時(shí)，通過(guò)增加/減少運(yùn)行頻率來(lái)測(cè)定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行頻率；測(cè)出與高頻運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行頻率相應(yīng)的參照沖程值后，根據(jù)該參照沖程值實(shí)現(xiàn)沖程控制。
其中圖1為傳統(tǒng)往復(fù)式壓縮機(jī)沖程控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖2示出本發(fā)明往復(fù)式壓縮機(jī)沖程控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖3示出往復(fù)式壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的示意圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)式壓縮機(jī)沖程控制方法的流程圖；圖6A示出當(dāng)往復(fù)式壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率不變時(shí)，根據(jù)負(fù)荷變化的往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)的變化；圖6B示出當(dāng)往復(fù)式壓縮機(jī)的負(fù)荷不變時(shí)，根據(jù)運(yùn)行頻率的變化，往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)的變化；和圖7示出根據(jù)往復(fù)式壓縮機(jī)的負(fù)荷變化，通過(guò)提高運(yùn)行頻率來(lái)進(jìn)行沖程控制的示意圖。
最佳實(shí)施例描述下面，將結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的一種往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制設(shè)備及其方法。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)式壓縮機(jī)沖程控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)的方框圖。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)式壓縮機(jī)沖程控制設(shè)備包括往復(fù)式壓縮機(jī)100，它通過(guò)上下運(yùn)動(dòng)活塞來(lái)調(diào)整制冷能力，和根據(jù)使用者設(shè)定的參照沖程值利用施加給電動(dòng)機(jī)的電壓來(lái)改變沖程；電流檢測(cè)單元110，用來(lái)檢測(cè)往復(fù)式壓縮機(jī)100的電動(dòng)機(jī)中的電流；沖程檢測(cè)單元120，利用施加給往復(fù)式壓縮機(jī)100的電動(dòng)機(jī)的電流和電壓來(lái)檢測(cè)活塞的沖程；相位差檢測(cè)單元130，通過(guò)接收從沖程檢測(cè)單元120檢測(cè)的活塞沖程和電流檢測(cè)單元110檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)電流來(lái)檢測(cè)相位差；運(yùn)行頻率確定單元140，預(yù)先存儲(chǔ)與運(yùn)行區(qū)域相應(yīng)的運(yùn)行頻率，該運(yùn)行區(qū)域?yàn)橥ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的相位差運(yùn)行區(qū)域，判斷在相位差檢測(cè)單元130檢測(cè)的相位差是否包括在相位差運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，并確定運(yùn)行頻率以在運(yùn)行區(qū)域內(nèi)運(yùn)行往復(fù)式壓縮機(jī)100；頻率/沖程存儲(chǔ)單元150，利用每個(gè)運(yùn)行頻率預(yù)先存儲(chǔ)活塞沖程值；參照沖程值確定器160，利用預(yù)先存儲(chǔ)在頻率/沖程存儲(chǔ)單元150中的沖程值，測(cè)定與從運(yùn)行頻率確定單元140輸出的運(yùn)行頻率相應(yīng)的參照沖程值；控制單元170，用于把參照沖程值與一定時(shí)刻之后的當(dāng)前活塞沖程值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出沖程控制信號(hào)；和逆變器180，用于根據(jù)控制單元170產(chǎn)生的沖程控制信號(hào)，改變運(yùn)行頻率和施加給往復(fù)式壓縮機(jī)100的電動(dòng)機(jī)的電壓。
這里，運(yùn)行頻率確定單元140包括運(yùn)行區(qū)域存儲(chǔ)單元141，用于預(yù)先存儲(chǔ)與事先通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的相位差運(yùn)行區(qū)域相應(yīng)的運(yùn)行頻率，以在該運(yùn)行區(qū)域內(nèi)運(yùn)行運(yùn)行往復(fù)式壓縮機(jī)100；比較器142，用于將在相位差檢測(cè)單元130內(nèi)測(cè)定的相位差和相位差運(yùn)行區(qū)域相比較；運(yùn)行頻率決定器143，按一定的頻率單位增加/減少參照運(yùn)行頻率，并當(dāng)某一時(shí)刻的電流和活塞沖程間的相位差在運(yùn)行區(qū)域內(nèi)時(shí)，根據(jù)比較器142的比較信號(hào)檢測(cè)作為運(yùn)行頻率的該時(shí)刻頻率。
另外，控制單元170包括比較器171，用于比較參照沖程值和當(dāng)前的沖程值；沖程控制單元172，用于根據(jù)比較結(jié)果輸出沖程控制信號(hào)來(lái)運(yùn)行往復(fù)式壓縮機(jī)。
下面，結(jié)合附圖描述本發(fā)明的往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制設(shè)備的工作和優(yōu)點(diǎn)。
在根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制設(shè)備中，運(yùn)行頻率是變化的，以使電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行區(qū)域中運(yùn)行，該運(yùn)行區(qū)域具有90°±δ的活塞沖程和電流之間的相位差。電流檢測(cè)單元110檢測(cè)施加給壓縮機(jī)100的電動(dòng)機(jī)的電流，沖程檢測(cè)單元120利用施加給電動(dòng)機(jī)的電壓和電流檢測(cè)活塞沖程并分別向相位差檢測(cè)單元130輸出測(cè)出的電流和沖程。然后，運(yùn)行頻率檢測(cè)單元140中的運(yùn)行頻率確定器143接收從相位差檢測(cè)單元130得來(lái)的相位差而確定運(yùn)行頻率。
下面，將描述確定運(yùn)行頻率的過(guò)程。
首先，當(dāng)往復(fù)式壓縮機(jī)100處在機(jī)械共振狀態(tài)下(運(yùn)行頻率的最大效率點(diǎn))，運(yùn)行區(qū)域存儲(chǔ)單元141根據(jù)電動(dòng)機(jī)電流和活塞沖程間的相位差為90°的點(diǎn)，存儲(chǔ)某一定值(±δ)。這里，該定值由實(shí)驗(yàn)確定。
然后，將參照附圖描述根據(jù)負(fù)荷變化的往復(fù)式壓縮機(jī)100的運(yùn)行效率。
圖3示出往復(fù)式壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的示意圖。
如圖3所示，往復(fù)式壓縮機(jī)100的運(yùn)行頻率在電動(dòng)機(jī)電流和活塞沖程間的相位差為90°時(shí)最大，該相位差在相位差檢測(cè)單元130中檢測(cè)得到。
然后，比較器142接收從相位差檢測(cè)單元130輸出的活塞沖程和電流間的相位差，將該相位差和預(yù)存在運(yùn)行區(qū)域存儲(chǔ)單元141內(nèi)的運(yùn)行區(qū)域相比較，并根據(jù)比較結(jié)果向運(yùn)行頻率確定器143輸出比較信號(hào)。
當(dāng)隨往復(fù)式壓縮機(jī)100負(fù)荷變化而變化的相位差拐點(diǎn)在運(yùn)行區(qū)域之外時(shí)，運(yùn)行頻率確定器143按一定的頻率單位增加/減少運(yùn)行頻率，從而使電流和活塞沖程之間的相位差拐點(diǎn)回到運(yùn)行區(qū)域內(nèi)。然后，通過(guò)把相位差拐點(diǎn)放到運(yùn)行區(qū)域內(nèi)而被控制的運(yùn)行頻率被輸出到參照沖程值確定器160。
然而，當(dāng)相位差拐點(diǎn)處在運(yùn)行區(qū)域內(nèi)時(shí)，該時(shí)刻的頻率被認(rèn)為是運(yùn)行頻率并被直接輸出到參照沖程值確定器160。這里，運(yùn)行頻率確定器143根據(jù)比較器142的比較信號(hào)向參照沖程值確定器160施加被控制的運(yùn)行頻率。
據(jù)此，參照沖程值確定器160接收從運(yùn)行頻率確定單元140輸出的運(yùn)行頻率，并確定參照沖程值。這里，頻率/沖程存儲(chǔ)單元150通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算與從運(yùn)行頻率確定單元140輸出的運(yùn)行頻率相應(yīng)的活塞沖程并存儲(chǔ)該沖程，參照沖程值確定器160讀取與運(yùn)行頻率相應(yīng)的活塞沖程并將其確定為參照沖程值。
然后，由比較器171和沖程控制器172構(gòu)成的控制單元170向逆變器180施以沖程控制信號(hào)，以運(yùn)行往復(fù)式壓縮機(jī)100，下面將描述產(chǎn)生沖程控制信號(hào)的過(guò)程。
首先，控制單元170的比較器171接收從參照沖程值確定器160輸出的參照沖程值，將該參照沖程值與沖程檢測(cè)單元120的活塞沖程相比，并根據(jù)比較結(jié)果輸出沖程控制信號(hào)。更詳細(xì)地，比較器171比較參照沖程值和活塞沖程，輸出差別值，傳出控制器172根據(jù)差別值產(chǎn)生補(bǔ)償沖程控制信號(hào)，并將該補(bǔ)償信號(hào)施加給逆變器180。
隨后，逆變器180根據(jù)控制單元170輸出的沖程控制信號(hào)改變運(yùn)行頻率，從而改變施加給電動(dòng)機(jī)的電壓，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)100在運(yùn)行區(qū)域內(nèi)運(yùn)行也就是以最大的效率運(yùn)行的控制。
下面，將更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制方法的每個(gè)過(guò)程。
根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制方法包括當(dāng)往復(fù)式壓縮機(jī)按照參照運(yùn)行頻率運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)負(fù)荷變化；當(dāng)測(cè)出負(fù)荷變化時(shí)，通過(guò)增加/減少運(yùn)行頻率來(lái)測(cè)定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行頻率；測(cè)出與高頻運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行頻率相應(yīng)的參照沖程值后，根據(jù)該參照沖程值實(shí)現(xiàn)沖程控制。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)式壓縮機(jī)沖程控制方法的流程圖。下面結(jié)合附圖5到7詳細(xì)描述上述過(guò)程。
首先，如SP1和SP2步驟所示，根據(jù)參照沖程的參照運(yùn)行頻率運(yùn)行往復(fù)式壓縮機(jī)100時(shí)，檢測(cè)負(fù)荷變化。這里，通過(guò)檢測(cè)是否活塞沖程和電動(dòng)機(jī)電流間的相位差拐點(diǎn)處在一定運(yùn)行區(qū)域(90°-δ～90°+δ)內(nèi)，可以測(cè)出負(fù)荷變化。這里，如圖5所示，活塞沖程和電動(dòng)機(jī)電流間相位差(相位-CS)的拐點(diǎn)根據(jù)隨負(fù)荷變化而增大/減小的機(jī)械共振頻率而變化。
圖5示出根據(jù)往復(fù)式壓縮機(jī)100的負(fù)荷變化，機(jī)械共振頻率的變化。如圖5所示，當(dāng)往復(fù)式壓縮機(jī)100的沖程不變而往復(fù)式壓縮機(jī)100的負(fù)荷增大時(shí)，往復(fù)式壓縮機(jī)100的運(yùn)行點(diǎn)從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)。更詳細(xì)地，機(jī)械共振頻率變大。
然而，當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，往復(fù)式壓縮機(jī)100的運(yùn)行點(diǎn)從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)。更詳細(xì)地，機(jī)械共振頻率變小。如上所述，當(dāng)機(jī)械共振頻率隨往復(fù)式壓縮機(jī)100的負(fù)荷變化而變化時(shí)，最大效率點(diǎn)，即往復(fù)式壓縮機(jī)100的運(yùn)行區(qū)域，改變。
所以，由于增大/減小隨往復(fù)式壓縮機(jī)100的負(fù)荷變化而變化的機(jī)械共振頻率，不會(huì)很好地實(shí)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)100的沖程控制。因此，為了補(bǔ)償隨負(fù)荷變化而變化的機(jī)械共振頻率的增加量/減小量，通過(guò)改變運(yùn)行頻率，使沖程和電動(dòng)機(jī)電流間的相位差(相位-CS)的拐點(diǎn)落入運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)沖程控制。
然后，當(dāng)檢測(cè)負(fù)荷變化時(shí)，更詳細(xì)地，當(dāng)活塞沖程和電動(dòng)機(jī)電流間的相位差(相位-CS)的拐點(diǎn)處在一定運(yùn)行區(qū)域(90°-δ～90°+δ)內(nèi)時(shí)，利用在往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行初期輸入的參照運(yùn)行頻率可實(shí)現(xiàn)持續(xù)運(yùn)行往復(fù)式壓縮機(jī)。當(dāng)活塞沖程和電動(dòng)機(jī)電流間的相位差(相位-CS)的拐點(diǎn)不在一定運(yùn)行區(qū)域(90°-δ～90°+δ)內(nèi)時(shí)，則判斷相位差(相位-CS)的拐點(diǎn)是否具有一個(gè)大于一定運(yùn)行區(qū)域(90°+δ)的拐點(diǎn)的值，如步驟SP3所示。
當(dāng)相位差(相位-CS)的拐點(diǎn)具有一個(gè)大于一定運(yùn)行區(qū)域(90°+δ)的值時(shí)，如步驟SP4所示，增大運(yùn)行頻率；當(dāng)相位差(相位-CS)的拐點(diǎn)具有一個(gè)小于一定運(yùn)行區(qū)域(90°+δ)的值時(shí)，如步驟SP5所示，減小運(yùn)行頻率。然后如步驟SP6所示，判斷減小的運(yùn)行頻率是否在運(yùn)行區(qū)域(90°-δ～90°+δ)內(nèi)。當(dāng)減小的運(yùn)行頻率在運(yùn)行區(qū)域(90°-δ～90°+δ)內(nèi)時(shí)，判斷減小的運(yùn)行頻率為運(yùn)行頻率，如步驟SP7所示。當(dāng)減小的運(yùn)行頻率不在運(yùn)行區(qū)域(90°-δ～90°+δ)內(nèi)時(shí)，執(zhí)行步驟SP3，直至運(yùn)行頻率在運(yùn)行區(qū)域(90°-δ～90°+δ)內(nèi)。
這里，如圖6A和6B所示，使用圖例示出隨負(fù)荷變化而改變的相位差變化和所相位差變化而改變的運(yùn)行頻率之間的關(guān)系，來(lái)確定運(yùn)行頻率。
圖6A和圖6B分別示出根據(jù)往復(fù)式壓縮機(jī)負(fù)荷變化的相位差拐點(diǎn)和根據(jù)相位差拐點(diǎn)的運(yùn)行頻率的變化。如圖6A和圖6B所示，利用兩個(gè)特征曲線的特征補(bǔ)償往復(fù)式壓縮機(jī)的負(fù)荷變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行的控制。
當(dāng)活塞沖程和電流間的相位差拐點(diǎn)隨往復(fù)式壓縮機(jī)負(fù)荷變化而變化時(shí)，通過(guò)增加/減小運(yùn)行頻率來(lái)使沖程和電流間的相位差(相位-CS)的拐點(diǎn)落入高效運(yùn)行區(qū)域內(nèi)。更詳細(xì)地，當(dāng)往復(fù)式壓縮機(jī)在高效運(yùn)行區(qū)域內(nèi)運(yùn)行而負(fù)荷增大時(shí)，往復(fù)式壓縮機(jī)離開(kāi)高效運(yùn)行區(qū)域。這里，通過(guò)增加作為一定值的運(yùn)行頻率，往復(fù)式壓縮機(jī)返回高效運(yùn)行區(qū)域。圖7詳細(xì)示出控制過(guò)程。
圖7示出根據(jù)往復(fù)式壓縮機(jī)的負(fù)荷變化，通過(guò)提高運(yùn)行頻率來(lái)進(jìn)行沖程控制的示意圖。
如圖7所示，當(dāng)往復(fù)式壓縮機(jī)在一特定運(yùn)行時(shí)刻以一常速運(yùn)行時(shí)，如果負(fù)荷變化不大，且活塞沖程和電流間的相位差在穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，則運(yùn)行頻率不變。
然而，由于負(fù)荷增加使得運(yùn)行點(diǎn)超過(guò)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域時(shí)，運(yùn)行頻率延虛線方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)由于負(fù)荷減小使得運(yùn)行點(diǎn)小于穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域時(shí)，運(yùn)行頻率延虛線方向運(yùn)動(dòng)。因此，盡管發(fā)生負(fù)荷變化，可通過(guò)改變運(yùn)行頻率來(lái)提高壓縮機(jī)100的運(yùn)行效率，使得壓縮機(jī)100的運(yùn)行點(diǎn)接近TDC＝0。
然后，如步驟SP8所示，與確定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行頻率相關(guān)的參照沖程值被確定；如步驟SP9所示，根據(jù)參照沖程值實(shí)現(xiàn)沖程控制。這里，通過(guò)實(shí)驗(yàn)預(yù)先測(cè)定了在運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的相位差(相位-CS)的拐點(diǎn)，該相位差(相位-CS)的拐點(diǎn)用于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行和運(yùn)行頻率，并預(yù)先存儲(chǔ)該拐點(diǎn)。另外，檢測(cè)并預(yù)先存儲(chǔ)每個(gè)運(yùn)行頻率的沖程。
然后，重復(fù)執(zhí)行控制過(guò)程，可在機(jī)械共振點(diǎn)，即最大效率點(diǎn)，運(yùn)行往復(fù)式壓縮機(jī)。
在往復(fù)式壓縮機(jī)沖程控制過(guò)程中，當(dāng)沒(méi)有隨負(fù)荷變化的相位差變化時(shí)，可通過(guò)僅僅比較初期活塞沖程和一定時(shí)間后的活塞沖程來(lái)實(shí)現(xiàn)沖程控制過(guò)程。
更詳細(xì)地，當(dāng)初期活塞沖程大于一定時(shí)間后的活塞沖程時(shí)，壓縮機(jī)的輸入減小，當(dāng)初期活塞沖程小于一定時(shí)間后的活塞沖程時(shí)，壓縮機(jī)的輸入增大。
如上所述，改變運(yùn)行頻率來(lái)控制沖程，使得將活塞接近TDC＝0處的運(yùn)行距離作為共振頻率區(qū)域，從而可以通過(guò)運(yùn)行效率。
因?yàn)楸景l(fā)明可以有多種形式的實(shí)施例且不偏離本發(fā)明的精神或主要特征，應(yīng)當(dāng)理解除非被另外說(shuō)明，上述實(shí)施例不會(huì)局限于前述描述中的任一細(xì)節(jié)之中，而是廣義地構(gòu)成于在本發(fā)明的附屬權(quán)利要求的范圍和精神中，因而所有落入本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的變化和修改或與該范圍等同的替換都將被本發(fā)明權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制設(shè)備，包括往復(fù)式壓縮機(jī)；電流檢測(cè)單元，用來(lái)檢測(cè)流入往復(fù)式壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)中的電流；沖程檢測(cè)單元，利用施加給往復(fù)式壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)的電壓和電流來(lái)檢測(cè)活塞的沖程；相位差檢測(cè)單元，通過(guò)接收從沖程檢測(cè)單元檢測(cè)的活塞沖程和電流檢測(cè)單元檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)電流來(lái)檢測(cè)相位差；運(yùn)行頻率確定單元，根據(jù)所檢測(cè)的相位差確定與運(yùn)行區(qū)域相應(yīng)的運(yùn)行頻率；頻率/沖程存儲(chǔ)單元，利用所確定的運(yùn)行頻率存儲(chǔ)活塞沖程值；參照沖程值確定單元，利用預(yù)先存儲(chǔ)在頻率/沖程存儲(chǔ)單元中的沖程值，確定與所確定的運(yùn)行頻率相應(yīng)的參照沖程值；控制單元，用于把參照沖程值與一定時(shí)刻之后的當(dāng)前活塞沖程值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出沖程控制信號(hào)；和逆變器，用于根據(jù)控制單元產(chǎn)生的沖程控制信號(hào)，改變運(yùn)行頻率和施加給往復(fù)式壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)的電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述的運(yùn)行頻率確定單元包括運(yùn)行區(qū)域存儲(chǔ)單元，用于檢測(cè)并存儲(chǔ)在高效運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的電動(dòng)機(jī)電流和活塞沖程之間的相位差；比較器，用于將在相位差檢測(cè)單元內(nèi)測(cè)定的相位差與運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的相位差相比較；和運(yùn)行頻率確定器，用于當(dāng)負(fù)荷變化使得相位差跑出運(yùn)行區(qū)域時(shí)，增加/減少運(yùn)行頻率然后輸出之。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，通過(guò)在早期運(yùn)行中按一定的頻率單位增加/減少往復(fù)式壓縮機(jī)的參照運(yùn)行頻率，而某時(shí)刻的運(yùn)行頻率處于運(yùn)行區(qū)域內(nèi)時(shí)，所述運(yùn)行頻率確定器就把該時(shí)刻的運(yùn)行頻率確定為運(yùn)行頻率。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流和活塞沖程間的相位差大于運(yùn)行區(qū)域的上限時(shí)，所述的運(yùn)行頻率確定器提高運(yùn)行頻率。
5.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流和活塞活塞沖程間的相位差小于運(yùn)行區(qū)域的下限時(shí)，所述的運(yùn)行頻率確定器減小運(yùn)行頻率。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述的逆變器能改變電動(dòng)機(jī)的輸入電壓和頻率。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述的逆變器為單相逆變器，可將直流電轉(zhuǎn)換成單相交流電。
8.一種往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制方法，包括當(dāng)往復(fù)式壓縮機(jī)按照參照運(yùn)行頻率運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)負(fù)荷變化；當(dāng)測(cè)出負(fù)荷變化時(shí)，通過(guò)增加/減少運(yùn)行頻率來(lái)測(cè)定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行頻率；和確定與高效運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行頻率相應(yīng)的參照沖程值后，根據(jù)該參照沖程值實(shí)現(xiàn)沖程控制。
9.如權(quán)利要求8所示的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括測(cè)定高效運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的相位差然后儲(chǔ)存之。
10.如權(quán)利要求8所示的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括存儲(chǔ)與每個(gè)運(yùn)行頻率相應(yīng)的活塞沖程。
11.如權(quán)利要求8所示的方法，其特征在于，通過(guò)測(cè)定電動(dòng)機(jī)電流和活塞沖程之間的相位差是否落在高效運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，來(lái)檢測(cè)負(fù)荷變化。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的運(yùn)行頻率檢測(cè)步驟包括下列從屬步驟當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流和活塞沖程之間的相位差大于運(yùn)行區(qū)域的上限時(shí)，提高運(yùn)行頻率；當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流和活塞沖程之間的相位差小于運(yùn)行區(qū)域的下限時(shí)，降低運(yùn)行頻率；和通過(guò)判斷提高/降低的運(yùn)行頻率是否落在運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，來(lái)確定運(yùn)行頻率。
13.一種往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制方法，包括通過(guò)提高/降低參照沖程值，檢測(cè)活塞沖程和電動(dòng)機(jī)電流之間相位差的拐點(diǎn)；將在活塞沖程和電動(dòng)機(jī)電流之間相位差的拐點(diǎn)處的活塞沖程設(shè)為參照沖程值后，檢測(cè)負(fù)荷變化；當(dāng)測(cè)出負(fù)荷變化后，提高/降低參照運(yùn)行頻率并降低參照沖程值為一定值，返拐點(diǎn)檢測(cè)步驟；和當(dāng)未檢測(cè)到負(fù)荷變化時(shí)，根據(jù)設(shè)定的參照沖程值來(lái)控制活塞的沖程。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述的一定值通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)定，以便容易測(cè)定活塞沖程和電動(dòng)機(jī)電流之間的相位差的拐點(diǎn)。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述的返回步驟包括下列從屬步驟當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流和活塞沖程之間的相位差的拐點(diǎn)大于運(yùn)行區(qū)域的上限時(shí)，提高運(yùn)行頻率；和當(dāng)電流和沖程之間的相位差的拐點(diǎn)小于運(yùn)行區(qū)域的下限時(shí)，降低運(yùn)行頻率。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，利用活塞沖程和電動(dòng)機(jī)電流之間的相位差來(lái)測(cè)定負(fù)荷變化。
17.一種往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制方法，包括當(dāng)沒(méi)有隨負(fù)荷變化而變化的相位變化，且初期活塞沖程大于一定時(shí)刻后的參照沖程值時(shí)，降低壓縮機(jī)的輸入；和當(dāng)沒(méi)有隨負(fù)荷變化而變化的相位變化，且初期活塞沖程小于一定時(shí)刻后的參照沖程值時(shí)，提高壓縮機(jī)的輸入。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，通過(guò)利用活塞沖程和電動(dòng)機(jī)電流間的相位差，來(lái)測(cè)定負(fù)荷變化。
全文摘要
在本發(fā)明的往復(fù)式壓縮機(jī)的沖程控制設(shè)備及其方法中，該設(shè)備包括往復(fù)式壓縮機(jī)、電流檢測(cè)單元、沖程檢測(cè)單元、相位差檢測(cè)單元、運(yùn)行頻率確定單元、頻率/沖程存儲(chǔ)單元、參照沖程值確定單元、控制單元、和逆變器。該方法包括當(dāng)往復(fù)式壓縮機(jī)按照參照運(yùn)行頻率運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)負(fù)荷變化；當(dāng)測(cè)出負(fù)荷變化時(shí)，通過(guò)增加/減少運(yùn)行頻率來(lái)測(cè)定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行頻率；測(cè)出與高頻運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行頻率相應(yīng)的參照沖程值后，根據(jù)該參照沖程值實(shí)現(xiàn)沖程控制。
文檔編號(hào)H02P27/04GK1400388SQ0212061
公開(kāi)日2003年3月5日 申請(qǐng)日期2002年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月31日
發(fā)明者劉載有, 黃旼圭, 李徹雄 申請(qǐng)人:Lg電子株式會(huì)社