專利名稱：控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的裝置和方法，它是通過輸入一定的沖程指令值來操縱壓縮機(jī)。更具體而言，涉及這樣一種控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的裝置和方法，它通過檢測電流和電壓的相位差并檢測電流和速度的相位差以及利用相位差的拐點(diǎn)來穩(wěn)定地操作往復(fù)式壓縮機(jī)。
現(xiàn)在，使用各種形式的壓縮機(jī)，其中通常使用往復(fù)式壓縮機(jī)。往復(fù)式壓縮機(jī)通過活塞在缸體內(nèi)上下移動來增壓蒸氣。特別是當(dāng)往復(fù)式壓縮機(jī)用于冰箱或空調(diào)時(shí)，可以通過改變施加到往復(fù)式壓縮機(jī)上的沖程電壓來改變壓力比，因此有利于可變制冷能力的控制。


圖1是一個(gè)框圖，表示按照現(xiàn)有技術(shù)控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的一個(gè)裝置的構(gòu)造。如圖1所示，一種控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的裝置包括一個(gè)檢測在往復(fù)式壓縮機(jī)中產(chǎn)生的電壓和電流的電壓/電流檢測單元13；一個(gè)利用在電壓/電流檢測單元13檢測到的電壓和電流來計(jì)算沖程(活塞頂部死點(diǎn)中心到底部死點(diǎn)中心之間的距離)并輸出該值的沖程計(jì)算單元11；一個(gè)將計(jì)算沖程和用戶輸入的特定沖程指令值相比較并根據(jù)比較結(jié)果輸出比較信號的比較器10；一個(gè)根據(jù)比較器10的比較信號增加或降低沖程電壓并將其輸出的沖程控制器12；一個(gè)根據(jù)沖程控制器12輸出的沖程電壓輸出開關(guān)控制信號的微型計(jì)算機(jī)14；以及一個(gè)按照微型計(jì)算機(jī)14的開關(guān)控制信號向往復(fù)式壓縮機(jī)施加一定電壓的電路單元15。
現(xiàn)在說明按照現(xiàn)有工藝的往復(fù)式壓縮機(jī)的控制操作。
在往復(fù)式壓縮機(jī)中，當(dāng)通過用戶輸入特定沖程指令值而輸出沖程電壓時(shí)，沖程(活塞頂部死點(diǎn)中心到底部死點(diǎn)中心之間的距離)隨著活塞在汽缸內(nèi)上下運(yùn)動來變化，汽缸內(nèi)的制冷劑氣體經(jīng)由排放閥傳遞到冷凝器，這樣可以調(diào)整制冷能力。
這里如圖2所示，根據(jù)沖程電壓來增加沖程，如步驟ST10所示，當(dāng)檢測到往復(fù)式壓縮機(jī)中產(chǎn)生的電壓和電流并將它們輸入到?jīng)_程計(jì)算單元11時(shí)，如步驟ST11所示，沖程計(jì)算單元11利用在電壓/電流檢測單元13檢測到的電壓和電流來計(jì)算沖程。這樣，如步驟ST12所示，計(jì)算沖程輸入到比較器10，后者對比沖程指令值和沖程計(jì)算單元11計(jì)算的沖程并將比較值輸入到?jīng)_程控制器12；隨后如步驟ST13所示，沖程控制器12按照比較值改變沖程電壓并將之輸入到微型計(jì)算機(jī)14。然后，如步驟ST14所示，微型計(jì)算機(jī)14通過沖程控制器輸出的電壓來輸出開關(guān)控制信號；并如步驟ST15所示那樣操作往復(fù)式壓縮機(jī)。
這里，當(dāng)沖程計(jì)算單元11計(jì)算得到的沖程值低于沖程指令值時(shí)，沖程控制器12增加沖程電壓；當(dāng)沖程計(jì)算單元11計(jì)算得到的沖程值大于沖程指令值時(shí)，沖程控制器12降低沖程電壓并將之輸入到微型計(jì)算機(jī)14。
這里，向沖程計(jì)算單元11輸入一個(gè)電機(jī)常數(shù)α(轉(zhuǎn)換電能為機(jī)械能的系數(shù))、Rac(由于銅或鐵等電阻造成的損耗值)、在電機(jī)兩端之間的電壓VM等，并利用下述等式計(jì)算活塞的速度和沖程。
同時(shí)，根據(jù)微型計(jì)算機(jī)14的開關(guān)控制信號，通過延長導(dǎo)通周期而使電路單元15的三端雙向可控硅開關(guān)的沖程增加。這里，在電壓/電流檢測單元13中分別檢測往復(fù)式壓縮機(jī)中產(chǎn)生的電壓和電流，并輸入到?jīng)_程計(jì)算單元11。
然后，沖程計(jì)算單元11利用在電壓/電流檢測單元13檢測到的電壓和電流來計(jì)算沖程，計(jì)算沖程與壓縮機(jī)10的沖程指令值比較，比較結(jié)果輸入到?jīng)_程控制器12。沖程控制器12增加或降低沖程電壓。從沖程控制器12輸出的沖程電壓輸入到微型計(jì)算機(jī)14，計(jì)算機(jī)14輸出一個(gè)用于控制往復(fù)式壓縮機(jī)的開關(guān)控制信號。
更詳細(xì)而言，當(dāng)計(jì)算沖程小于沖程指令值時(shí)，微型計(jì)算機(jī)14通過輸出用于延長三端雙向可控硅開關(guān)導(dǎo)通周期的開關(guān)控制信號，來增加施加到往復(fù)式壓縮機(jī)上的沖程電壓。當(dāng)計(jì)算沖程大于沖程指令值時(shí)，微型計(jì)算機(jī)14通過輸出用于縮短三端雙向可控硅開關(guān)導(dǎo)通周期的開關(guān)控制信號，來減少施加到往復(fù)式壓縮機(jī)上的沖程電壓。
同時(shí)，微型計(jì)算機(jī)14通過在壓縮機(jī)周圍或電冰箱的電路周圍安裝傳感器來檢測負(fù)荷(室外溫度或冷凝器溫度等)，利用其作為精確控制電冰箱的基本信息。例如，微型計(jì)算機(jī)14通過安裝在冷凝器表面的傳感器檢測溫度以及檢測載荷。
可是，按照現(xiàn)有技術(shù)的控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的裝置和方法，由于諸如電機(jī)常數(shù)或銅損或鐵損等損失造成難于精確的測量電流和電壓，結(jié)果在機(jī)械運(yùn)動特性方面存在嚴(yán)重的非線性問題，利用不考慮非線性情況的控制方法進(jìn)行精確控制是不可能的。在檢測用于壓縮機(jī)精確控制的負(fù)載時(shí)，室外溫度或冷凝器溫度利用安裝在表面的傳感器測量，檢測每個(gè)載荷條件后，要根據(jù)每種條件使用不同的控制算法，因而出現(xiàn)時(shí)間滯后并由于時(shí)間滯后而不能精確檢測載荷。
此外，由于利用固定沖程控制往復(fù)式壓縮機(jī)，因此TDC(頂部死點(diǎn)中心)根據(jù)冰箱載荷的增加或減少而變化。并且，由于往復(fù)式壓縮機(jī)利用定量控制來工作(利用轉(zhuǎn)換電能為機(jī)械能需要的常數(shù)值、由于諸如銅和鐵等電阻造成的損耗值、電感、電流、在馬達(dá)兩端的電壓等的一種控制方式)，制冷能力根據(jù)電機(jī)常數(shù)和設(shè)備特性而變化，在沖程計(jì)算中產(chǎn)生許多錯(cuò)誤因素，因此往復(fù)式壓縮機(jī)的操作效率低。
發(fā)明綜述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的裝置和方法，它能夠利用輸入電壓和電流相位差附近的拐點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)活塞的TDC(頂部死點(diǎn)中心)控制。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的方法，它能夠利用電壓和電流的相位差的參考值來探測載荷從而確定操作模式，從而能實(shí)行精確控制。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種探測往復(fù)式壓縮機(jī)相位的方法，它能夠精確探測兩個(gè)信號的相位差，并利用數(shù)字模式探測信號相位來降低成本。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，按照本發(fā)明的控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的裝置包括一個(gè)通過活塞運(yùn)動改變沖程來操作往復(fù)式壓縮機(jī)的電路單元；一個(gè)用來探測來自電路單元的電流和電壓相位差的相位差檢測單元；一個(gè)通過輸入相位差來檢測相位拐點(diǎn)的相位拐點(diǎn)檢測單元；以及一個(gè)輸入由相位拐點(diǎn)檢測單元檢測到的相位拐點(diǎn)、并向電路單元輸入與相位拐點(diǎn)對應(yīng)的沖程電壓的沖程控制單元。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，按照本發(fā)明的控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的方法包括一個(gè)在特定時(shí)間以固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)、并在操作過程中檢測電壓和電流相位差的第一過程；一個(gè)判斷第一過程的相位差參考值是否大于或小于特定值(α，βα＜β)的第二過程；一個(gè)根據(jù)沖程抖動而執(zhí)行取消往復(fù)式壓縮機(jī)操作、同時(shí)在上述判斷結(jié)果中相位差參考值小于特定值α?xí)r以一個(gè)固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)的第三過程；一個(gè)根據(jù)沖程抖動而執(zhí)行取消往復(fù)式壓縮機(jī)操作、同時(shí)在上述判斷結(jié)果中相位差參考值大于特定值β時(shí)以一個(gè)固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)的第四過程；以及一個(gè)根據(jù)沖程抖動和制冷能力大小而執(zhí)行取消往復(fù)式壓縮機(jī)操作、同時(shí)在上述判斷結(jié)果中相位差參考值介于特定值之間(α，βα＜β)時(shí)以一個(gè)具有相位拐點(diǎn)的沖程來操作往復(fù)式壓縮機(jī)的第五過程。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，一種檢測往復(fù)式壓縮機(jī)相位的方法包括一個(gè)在特定采樣周期內(nèi)來對第一、第二模擬信號采樣從而檢測第一和第二零電壓的第一過程；一個(gè)使用在第一過程檢測到的第一和第二零電壓來產(chǎn)生第一和第二相位信號的第二過程；以及一個(gè)通過對在第二過程中產(chǎn)生的第一和第二相位信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算而檢測相位差信號的第三過程。
圖4是表示按照本發(fā)明的，電壓/電流相位差、制冷能力和壓縮機(jī)效率隨著沖程電壓增加而變化的曲線圖5是表示按照本發(fā)明的，拐點(diǎn)產(chǎn)生隨壓縮機(jī)效率測量條件中的電冰箱條件變化的曲線圖；圖6是表示按照本發(fā)明的，拐點(diǎn)產(chǎn)生隨壓縮機(jī)效率測量條件中的ASHRAE條件變化的曲線圖；圖7是表示按照本發(fā)明控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的方法的流程圖，其中根據(jù)特定沖程指令值來改變活塞運(yùn)動的沖程，從而控制制冷能力。
圖8是表示按照本發(fā)明的，拐點(diǎn)狀態(tài)隨著載荷大小變化的狀態(tài)曲線；圖9A、9B和9C是表示按照本發(fā)明的操作往復(fù)式壓縮機(jī)的方法的流程圖，其中使用在往復(fù)式壓縮機(jī)操作中產(chǎn)生的電壓和電流的相位差的參考值。
圖10A是表示正弦波形式信號的波形圖；圖10B是一個(gè)波形圖，表示信號為正弦波形式時(shí)，關(guān)于零電壓檢測波形的數(shù)字類型的相位信號；圖11A表示常規(guī)信號而不是正弦波的波形圖；圖11B是一個(gè)波形圖，表示信號為常規(guī)信號而非正弦波形式時(shí)，關(guān)于零電壓檢測波形的數(shù)字類型的相位信號；圖12是一個(gè)曲線圖，表示按照本發(fā)明的通過輸入兩個(gè)波形來計(jì)算相位差的方法；圖13是一個(gè)流程圖，表示按照本發(fā)明的檢測往復(fù)式壓縮機(jī)相位的方法；圖14是一個(gè)流程圖，表示按照本發(fā)明的利用異-或運(yùn)算來產(chǎn)生相位差信號的方法。
這里，電路單元20通過輸入沖程電壓并借助三端雙向可控硅開關(guān)間歇式傳輸交流(AC)電源給壓縮機(jī)，從而操作往復(fù)式壓縮機(jī)。相位差檢測單元21包括一個(gè)用于檢測由于往復(fù)式壓縮機(jī)沖程變化而在往復(fù)式壓縮機(jī)中產(chǎn)生的電壓和電流的電壓/電流檢測單元22。相位拐點(diǎn)檢測單元28通過輸入來自相位差檢測單元21的電壓/電流相位差并將其和先前檢測的電壓/電流相位差比較而檢測相位拐點(diǎn)，其中TDC(頂部死點(diǎn)中心)為零。沖程控制單元25包括一個(gè)微型計(jì)算機(jī)26和一個(gè)預(yù)先存儲與電壓/電流相位差對應(yīng)的沖程電壓的ROM(只讀存儲器)27，其中微型計(jì)算機(jī)26利用與相位拐點(diǎn)檢測單元28檢測到的相位拐點(diǎn)對應(yīng)的沖程電壓來輸出開關(guān)控制信號。這里，可以不使用電壓/電流檢測單元22來檢測電壓和電流，可以使用檢測沖程和電流的沖程/電流檢測單元23或者檢測速度和電流的速度/電流檢測單元24。
現(xiàn)在說明按照本發(fā)明的控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的裝置的操作過程。
首先，施加沖程電壓，使得TDC為零。通過活塞在汽缸內(nèi)運(yùn)動而改變沖程，從而調(diào)整制冷能力。這里，根據(jù)沖程電壓伴隨的沖程變化，電壓/電流檢測單元22檢測往復(fù)式壓縮機(jī)中產(chǎn)生的電壓和電流并將它們輸入到相位差檢測單元21。據(jù)此，相位差檢測單元21被輸入來自電壓/電流檢測單元22的檢測電壓和電流，并檢測在對應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的電壓/電流相位差。此外，除了電壓/電流檢測單元22來檢測電壓/電流相位差，可以使用沖程/電流檢測單元23檢測沖程/電流相位差，還可以通過速度/電流檢測單元24檢測速度/電流相位差。
然后，相位拐點(diǎn)檢測單元28輸入來自相位差檢測單元21的當(dāng)前電壓/電流相位差并將其和先前周期檢測的電壓/電流相位差比較。這里，當(dāng)當(dāng)前電壓/電流相位差小于先前電壓/電流相位差時(shí)，沖程電壓增加；當(dāng)當(dāng)前電壓/電流相位差大于先前電壓/電流相位差時(shí)，通過降低沖程電壓來檢測相位拐點(diǎn)。
之后，來自相位拐點(diǎn)檢測單元28的檢測到的相位拐點(diǎn)輸入到?jīng)_程控制單元25，單元25向往復(fù)式壓縮機(jī)輸入與相位拐點(diǎn)對應(yīng)的沖程電壓，并控制往復(fù)式壓縮機(jī)從而在TDC為‘0’的點(diǎn)進(jìn)行操作。當(dāng)在TDC為‘0’的位置發(fā)生沖程抖動時(shí)，沖程控制單元25在TDC為‘0’的位置之上或之下執(zhí)行取消操作。
圖4是表示按照本發(fā)明的，電壓/電流相位差、制冷能力和壓縮機(jī)效率隨著沖程電壓增加而變化的曲線圖。如圖4所示，隨著沖程電壓增加，產(chǎn)生拐點(diǎn)(在該點(diǎn)，電壓/電流相位差由降低轉(zhuǎn)為增加)。此外，電壓/電流相位差的拐點(diǎn)是‘TDC’為‘0’時(shí)的一點(diǎn)，意味著一個(gè)最佳條件。因此，盡管壓縮機(jī)在不小于拐點(diǎn)的點(diǎn)工作，但制冷能力不增加。和圖4一樣，如圖5和圖6所示，在壓縮機(jī)效率測量條件諸如電冰箱條件和ASHRAE條件中，拐點(diǎn)根據(jù)沖程電壓的增加而產(chǎn)生。
更詳細(xì)而言，當(dāng)檢測輸入電壓和電流的相位差并利用相位差的拐點(diǎn)將沖程控制在活塞的TDC為‘0’的位置時(shí)，不需要為沖程計(jì)算計(jì)算數(shù)值(例如，電機(jī)常數(shù)、由于銅損或鐵損等電阻造成的損耗值、電流、在馬達(dá)兩端的電壓等)。通過定量控制(一種利用壓縮機(jī)特性的控制方式)能夠執(zhí)行活塞的TDC控制，而不用考慮負(fù)載的變化。
圖7是表示按照本發(fā)明控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的方法的流程圖，其中根據(jù)特定沖程指令值來改變活塞運(yùn)動的沖程，從而控制制冷能力。如圖7所示，控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的方法包括如步驟ST20所示，通過檢測在往復(fù)式壓縮機(jī)中產(chǎn)生的電壓和電流來檢測電壓/電流相位差；如步驟ST21所示，比較檢測到的電壓/電流相位差(THETA)與先前檢測到電壓/電流相位差(PRE-THETA)；如步驟ST23和ST24所示，當(dāng)比較結(jié)果中的當(dāng)前電壓/電流相位差(THETA)大于先前周期的電壓/電流相位差(PRE-THETA)時(shí)，降低沖程電壓并存儲當(dāng)前的電壓/電流相位差作為先前相位差值；如步驟ST22和ST24所示，當(dāng)比較結(jié)果中的當(dāng)前電壓/電流相位差(THETA)小于先前周期的電壓/電流相位差(PRE-THETA)時(shí)，增加沖程電壓并存儲當(dāng)前的電壓/電流相位差作為先前相位差值；如步驟ST25所示，根據(jù)存儲過程中存儲的電壓/電流相位差檢測TDC為‘0’時(shí)的相位拐點(diǎn)；以及如步驟26所示，向往復(fù)式壓縮機(jī)輸出與檢測過程中檢測到的相位拐點(diǎn)對應(yīng)的沖程電壓。這里，在檢測和對比過程中，除了檢測電壓和電流的相位差，還可以檢測速度和電流、或者沖程和電流的相位差。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，描述了往復(fù)式壓縮機(jī)在TDC為‘0’時(shí)在相位拐點(diǎn)位置的操作?？墒?，產(chǎn)生電冰箱抖動時(shí)，沖程控制單元通過根據(jù)拐點(diǎn)改變沖程和執(zhí)行取消操作(稱為可變制冷能力控制)，將制冷能力控制在不產(chǎn)生抖動的特定范圍內(nèi)。
例如，用戶設(shè)定沖程值時(shí)，為了以最佳效率操作壓縮機(jī)，不管載荷大小，TDC都總是必須為‘0’。
可是，在壓縮機(jī)操作中載荷太大時(shí)，TDC為正值；當(dāng)壓縮機(jī)操作中載荷太小時(shí)，TDC為負(fù)值。因此，由于載荷變化，會在TDC控制中產(chǎn)生可靠性問題。
因此，根據(jù)往復(fù)式壓縮機(jī)操作過程中的載荷變化，將工作區(qū)分為拐點(diǎn)存在區(qū)和非拐點(diǎn)存在區(qū)以便操作壓縮機(jī)，可以使得往復(fù)式壓縮機(jī)操作更加可靠。更詳細(xì)而言，如圖8所述，當(dāng)載荷很小(6，7)而難于檢測拐點(diǎn)時(shí)，通過使用拐點(diǎn)存在區(qū)(2，3，4，5)中的拐點(diǎn)控制往復(fù)式壓縮機(jī)。當(dāng)由于載荷太大而不存在拐點(diǎn)時(shí)，往復(fù)式壓縮機(jī)利用預(yù)先存儲的特定沖程來控制。
圖9A、9B和9C是表示按照本發(fā)明的操作往復(fù)式壓縮機(jī)的方法的流程圖，其中使用在往復(fù)式壓縮機(jī)操作中產(chǎn)生的電壓和電流的相位差的參考值。如圖9A、9B和9C所示，通過下述過程對往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行精確控制是可能的一個(gè)在操作時(shí)間檢測電壓和電流相位差、同時(shí)在特定時(shí)間以固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)的第一過程；一個(gè)判斷檢測過程的相位差參考值是否大于或小于特定值(α，βα＜β)的第二過程；當(dāng)上述判斷結(jié)果中相位差參考值小于特定值α?xí)r，一個(gè)根據(jù)沖程抖動和制冷能力而執(zhí)行往復(fù)式壓縮機(jī)取消操作、同時(shí)以一個(gè)固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)的第三過程；當(dāng)上述判斷結(jié)果中相位差參考值大于特定值β時(shí)，一個(gè)根據(jù)沖程抖動和制冷能力而執(zhí)行往復(fù)式壓縮機(jī)取消操作、同時(shí)以一個(gè)固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)的第四過程；以及在上述判斷結(jié)果中相位差參考值介于特定值之間(α，βα＜β)時(shí)，一個(gè)根據(jù)沖程抖動和制冷能力大小而執(zhí)行往復(fù)式壓縮機(jī)取消操作、同時(shí)以一個(gè)具有相位拐點(diǎn)的沖程來操作往復(fù)式壓縮機(jī)的第五過程。
這里，第三過程包括一個(gè)判斷是否發(fā)生沖程抖動、同時(shí)利用固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)的第一步驟；當(dāng)?shù)谝徊襟E判斷結(jié)果中存在沖程抖動時(shí)，判斷是否需要大制冷能力的第二步驟；以及當(dāng)?shù)诙襟E判斷結(jié)果中需要大制冷能力時(shí)在沖程抖動區(qū)之上執(zhí)行取消操作、并當(dāng)?shù)诙襟E判斷結(jié)果中需要小制冷能力時(shí)而在沖程抖動區(qū)之下執(zhí)行取消操作的第三步驟。
第四過程包括一個(gè)判斷在利用固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)的過程中是否發(fā)生沖程抖動的第一步驟；以及一個(gè)當(dāng)發(fā)生沖程抖動時(shí)在沖程抖動區(qū)之下執(zhí)行取消操作的第二步驟。
第五過程包括一個(gè)判斷在利用具有拐點(diǎn)的沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)的過程中是否發(fā)生沖程抖動的第一步驟一個(gè)當(dāng)?shù)谝徊襟E判斷結(jié)果中發(fā)生沖程抖動并需要大制冷能力時(shí)而在沖程抖動區(qū)之上執(zhí)行取消操作、并在第一步驟判斷結(jié)果中發(fā)生沖程抖動并需要小制冷能力時(shí)而在沖程抖動區(qū)之下執(zhí)行取消操作的第二步驟；以及一個(gè)在步驟1的判斷結(jié)果中沒發(fā)生沖程抖動并需要大制冷能力時(shí)而執(zhí)行沖程操作使得TDC為‘0’、并在步驟1的判斷結(jié)果中沒發(fā)生沖程抖動并需要小制冷能力時(shí)而執(zhí)行沖程操作以具有小于拐點(diǎn)區(qū)的區(qū)域的第三步驟。這里，在相位拐點(diǎn)控制中，若當(dāng)前的沖程與電流相位差大于先前的沖程與電流相位差時(shí)，沖程電壓減少。若當(dāng)前的沖程與電流相位差小于先前的沖程與電流相位差時(shí)，沖程電壓增加。
同時(shí)，說明在相位檢測單元21中檢測相位差的方法。
首先，如圖10A和11A所示，當(dāng)關(guān)于一個(gè)特定波形的參考值+Δ和參考值-Δ之間的時(shí)間被計(jì)算并稱為δ時(shí)，通過將上升沿或下降沿置于一個(gè)中間值(δ/2)，可以得到如圖10B和11B所示的波形。然后，利用圖10B和11B所示的波形可以得到如圖12所示的波形。因此，在關(guān)于兩個(gè)波形的相位差中，通過利用一個(gè)周期的相位差信號S1+S2+S3+S4的總面積去除相位差信號S1+S3面積可以計(jì)算往復(fù)式壓縮機(jī)的相位差。
圖13是一個(gè)流程圖，表示按照本發(fā)明的檢測往復(fù)式壓縮機(jī)相位的方法。如圖13所示，它包括一個(gè)利用特定采樣周期來對第一、第二模擬信號采樣從而檢測第一和第二零電壓的第一過程，如步驟ST30-ST35所示；一個(gè)利用在第一過程檢測到的第一和第二零電壓來產(chǎn)生第一和第二相位信號的第二過程，如步驟ST36和ST37所示；以及一個(gè)通過對在第二過程中產(chǎn)生的第一和第二相位信號進(jìn)行特定邏輯運(yùn)算而檢測相位信號的第三過程，如步驟ST38所示。
這里，第一過程包括在計(jì)算采樣數(shù)目中采樣數(shù)目少于半周期時(shí)，判斷模擬信號是否小于‘參考值+Δ’的第一步驟；在模擬信號小于‘參考值+Δ’時(shí)，判斷模擬信號是否大于‘參考值-Δ’的第二步驟；一個(gè)存儲在‘參考值+Δ’和‘參考值+Δ’之間采樣的數(shù)目以及采樣次數(shù)的第三步驟；以及一個(gè)通過用第三步驟的采樣數(shù)目除以采樣次數(shù)而檢測零電壓的第四步驟。
第二過程包括產(chǎn)生一個(gè)在第一和第二零電壓位置變化為上升沿和下降沿的信號的第一步驟；以及一個(gè)在第一步驟產(chǎn)生的信號上添加半周期的第二步驟。第二步驟產(chǎn)生一個(gè)與第一步驟產(chǎn)生的信號具有相反沿的信號，并檢測與第一步驟產(chǎn)生的信號對應(yīng)的第一和第二相位信號。
如圖14所示，在第三過程的相位信號中，通過對第一和第二相位信號執(zhí)行‘異-或’運(yùn)算產(chǎn)生相位信號。此外，在第三過程的相位信號中，往復(fù)式壓縮機(jī)的相位信號可以通過對第一和第二相位信號進(jìn)行“與”或者“或”運(yùn)算而被檢測。因此，利用一個(gè)周期的相位信號S1+S2+S3+S4的總面積去除相位信號S1+S3面積來計(jì)算往復(fù)式壓縮機(jī)的相位差，可以減少由于噪音和載荷變化造成的誤差，并且可以精確檢測兩個(gè)信號的相位差。
如上所述，不管載荷變化，通過控制活塞的TDC(頂部死點(diǎn)中心)，以及利用相差拐點(diǎn)來控制TDC，提高往復(fù)式壓縮機(jī)的效率是可能的。這是因?yàn)椴恍枰獩_程計(jì)算電路，沒有電機(jī)常數(shù)變化帶來的沖程計(jì)算誤差。此外，直接對應(yīng)載荷來操縱往復(fù)式壓縮機(jī)是可能的。通過利用相位差參考值來掌握當(dāng)前載荷條件以探測過載荷，從而在安全區(qū)域操作往復(fù)式壓縮機(jī)是可能的。
權(quán)利要求
1.一種控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的裝置，其特征在于，它包括電路單元，通過活塞運(yùn)動改變沖程來操作往復(fù)式壓縮機(jī)；相位差檢測單元，用來探測電路單元的電流和電壓相位差；相位差拐點(diǎn)檢測單元，被輸入來自相位差檢測單元的相位差來檢測相位差拐點(diǎn)；以及沖程控制單元，被輸入由相位差拐點(diǎn)檢測單元檢測到的相位差拐點(diǎn)，并為了產(chǎn)生與相位差拐點(diǎn)對應(yīng)的沖程而向電路單元施加電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電路單元通過向使用三端雙向可控硅開關(guān)來間歇地傳輸AC電源，從而操作往復(fù)式壓縮機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述相位差檢測單元包括一個(gè)電壓/電流檢測單元，用于檢測由于往復(fù)式壓縮機(jī)沖程變化而在往復(fù)式壓縮機(jī)產(chǎn)生的電壓和電流。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述相位差拐點(diǎn)檢測單元通過輸入來自相位差檢測單元的電壓/電流相位差并將其和先前檢測的電壓/電流相位差比較而檢測相位差拐點(diǎn)，其中對應(yīng)TDC幾乎為零。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述沖程控制單元包括一個(gè)微型計(jì)算機(jī)，用于輸出開關(guān)控制信號以使沖程與相位差拐點(diǎn)相對應(yīng)。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述沖程控制單元包括一個(gè)預(yù)先存儲與電壓/電流相位差拐點(diǎn)對應(yīng)的沖程值的ROM。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電流流入到電動機(jī)中，并且所述電壓為源電壓。
8.一種控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的裝置，其特征在于，它包括電路單元，通過活塞運(yùn)動改變沖程來操作往復(fù)式壓縮機(jī)；相位差檢測單元，用來探測電路單元的速度和電流的相位差；相位差拐點(diǎn)檢測單元，被輸入相位差來檢測相位差拐點(diǎn)；以及沖程控制單元，輸入由相位差拐點(diǎn)檢測單元檢測到的相位差拐點(diǎn)，并為了產(chǎn)生與相位差拐點(diǎn)對應(yīng)的沖程而向電路單元施加電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述相位差檢測單元包括一個(gè)速度/電流檢測單元，用于檢測由于往復(fù)式壓縮機(jī)沖程變化而在往復(fù)式壓縮機(jī)產(chǎn)生的速度和電流。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述相位差拐點(diǎn)檢測單元通過輸入來自相位差檢測單元的速度/電流相位差并將其和先前檢測的速度/電流相位差比較而檢測相位差拐點(diǎn)，其中TDC幾乎為零。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述沖程控制單元包括一個(gè)微型計(jì)算機(jī)，用于輸出開關(guān)控制信號以使沖程與相位差拐點(diǎn)相對應(yīng)。
12.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述沖程控制單元包括一個(gè)預(yù)先存儲與速度/電流相位差拐點(diǎn)對應(yīng)的沖程值的ROM。
13.一種控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的方法，包括通過檢測在往復(fù)式壓縮機(jī)中產(chǎn)生的電壓和電流來檢測電壓/電流相位差的第一過程；比較在第一過程檢測到的電壓/電流相位差與先前檢測的電壓/電流相位差的第二過程；根據(jù)對比結(jié)果中的電壓/電流相位差檢測相位差拐點(diǎn)的第三過程；以及向往復(fù)式壓縮機(jī)輸出與檢測到的相位拐點(diǎn)對應(yīng)的沖程的第四過程。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在沖程增加中，當(dāng)所述當(dāng)前電壓/電流相位差大于先前電壓/電流相位差時(shí)，降低所述沖程并存儲當(dāng)前的電壓/電流相位差為第二過程的先前相位差值。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在沖程增加中，當(dāng)所述當(dāng)前電壓/電流相位差小于先前電壓/電流相位差時(shí)，增加所述沖程并存儲當(dāng)前的電壓/電流相位差為第二過程的先前相位差值；
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述的在第三過程中檢測相位差拐點(diǎn)的過程是按照電壓/電流相位差檢測TDC幾乎為零的點(diǎn)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，當(dāng)在TDC為零時(shí)產(chǎn)生沖程抖動時(shí)，所述往復(fù)式壓縮機(jī)在TDC幾乎為0的點(diǎn)之上和之下執(zhí)行取消操作。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，檢測流入到電動機(jī)中的電流和作為源電壓的電壓。
19.一種控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的方法，包括通過檢測在往復(fù)式壓縮機(jī)中產(chǎn)生的速度和電流來檢測速度/電流相位差的第一過程；比較在第一過程檢測到的速度/電流相位差與先前檢測的速度/電流相位差的第二過程；根據(jù)對比結(jié)果中的速度/電流相位差檢測相位差拐點(diǎn)的第三過程；以及輸出與檢測到的相位拐點(diǎn)對應(yīng)的沖程到往復(fù)式壓縮機(jī)中的第四過程。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，在沖程增加中，當(dāng)所述當(dāng)前速度/電流相位差大于先前速度/電流相位差時(shí)，降低所述沖程并存儲當(dāng)前的速度/電流相位差為第二過程的先前相位差值。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，在沖程增加中，當(dāng)所述當(dāng)前速度/電流相位差小于先前速度/電流相位差時(shí)，增加所述沖程并存儲當(dāng)前的速度/電流相位差為第二過程的先前相位差值；
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述的在第三過程中檢測相位差拐點(diǎn)的過程是按照速度/電流相位差檢測TDC幾乎為零的點(diǎn)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，當(dāng)在TDC為零時(shí)產(chǎn)生沖程抖動時(shí)，所述往復(fù)式壓縮機(jī)在TDC幾乎為0的點(diǎn)之上和之下執(zhí)行取消操作。
24.一種控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的方法，包括一個(gè)以固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)、并在操作過程中檢測電壓/電流相位差的第一過程；一個(gè)通過比較第一過程檢測的相位差參考值與特定值(α，βα＜β)而判斷參考值的第二過程；一個(gè)在第二過程判斷結(jié)果中相位差參考值小于特定值(α)時(shí)判斷以固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)是否會發(fā)生沖程抖動的第三過程；一個(gè)當(dāng)?shù)谌^程的判斷結(jié)果中沒發(fā)生沖程抖動時(shí)以固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)的第四過程。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，還包括在第三過程的判斷結(jié)果中發(fā)生沖程抖動時(shí)，判斷是否需要大制冷能力；在需要大制冷能力時(shí)，在沖程抖動區(qū)之上執(zhí)行往復(fù)式壓縮機(jī)的取消操作；在需要小制冷能力時(shí)，在沖程抖動區(qū)之下執(zhí)行往復(fù)式壓縮機(jī)的取消操作。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，還包括在第二過程的判斷結(jié)果中相位差參考值大于特定值(β)時(shí)，判斷在以固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)是否發(fā)生沖程抖動；以及當(dāng)不發(fā)生沖程抖動時(shí)以固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，還包括在發(fā)生沖程抖動時(shí)，在沖程抖動區(qū)域之下執(zhí)行往復(fù)式壓縮機(jī)取消操作。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，還包括當(dāng)在第二過程的判斷結(jié)果中，相位差參考值介于特定值(α，β)之間時(shí)，判斷以具有相位拐點(diǎn)的固定沖程操作往復(fù)式壓縮機(jī)的過程中是否發(fā)生沖程抖動；當(dāng)不發(fā)生沖程抖動時(shí)，判斷是否需要大的制冷能力；當(dāng)需要大制冷能力時(shí)，操作沖程使得TDC為零。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，還包括當(dāng)需要小制冷能力時(shí)，以小于出現(xiàn)相位差拐點(diǎn)的沖程的沖程來操作往復(fù)式壓縮機(jī)。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，還包括當(dāng)發(fā)生沖程抖動并需要大制冷能力時(shí)，在沖程抖動區(qū)域之上執(zhí)行取消操作。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，還包括當(dāng)發(fā)生沖程抖動并需要小制冷能力時(shí)，在沖程抖動區(qū)域之下執(zhí)行取消操作。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，在沖程增加中，當(dāng)所述當(dāng)前電壓/電流相位差大于先前電壓/電流相位差時(shí)，降低所述沖程；在沖程增加中，當(dāng)所述當(dāng)前電壓/電流相位差小于先前電壓/電流相位差時(shí)，增加所述沖程。
33.一種檢測往復(fù)式壓縮機(jī)相位的方法，包括利用特定采樣周期來對第一、第二模擬信號采樣從而檢測第一和第二零電壓的第一過程；利用在第一過程檢測到的第一和第二零電壓來產(chǎn)生第一和第二相位信號的第二過程；以及通過對在第二過程中產(chǎn)生的第一和第二相位信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算來檢測相位差的第三過程。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述第一過程包括當(dāng)計(jì)算采樣數(shù)目中采樣數(shù)目少于半周期時(shí)，判斷模擬信號是否小于‘參考值+Δ’的第一步驟；當(dāng)模擬信號小于‘參考值+Δ’時(shí)，判斷模擬信號是否大于‘參考值-Δ’的第二步驟；當(dāng)模擬信號大于‘參考值-Δ’時(shí)，存儲在‘參考值+Δ’和‘參考值+Δ’之間的采樣數(shù)目以及采樣次數(shù)的第三步驟；以及通過用第三步驟的采樣數(shù)目除以采樣次數(shù)而檢測零電壓的第四步驟。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述第二過程還包括產(chǎn)生在第一和第二零電壓位置變化為上升沿和下降沿的信號的第一步驟；以及通過在第一步驟產(chǎn)生的信號上添加半周期并根據(jù)它檢測第一和第二相位信號，來產(chǎn)生與第一步驟中產(chǎn)生的信號具有相反沿的信號的第二步驟。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，通過對第一和第二相位信號執(zhí)行‘異-或’運(yùn)算來檢測所述第三過程的相位差信號。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，利用相位差信號面積除以一個(gè)周期的相位差信號的總面積來計(jì)算所述第三過程的相位差。
38.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，通過對第一和第二相位信號進(jìn)行“與”運(yùn)算來檢測所述第三過程的相位差信號。
39.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，通過對第一和第二相位信號進(jìn)行“或”運(yùn)算來檢測所述第三過程的相位差信號。
全文摘要
在一種控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的裝置和方法中,它能夠通過檢測相位差和使用相位差拐點(diǎn)來穩(wěn)定操作壓縮機(jī)。一種控制往復(fù)式壓縮機(jī)操作的裝置和方法,包括:一個(gè)通過活塞運(yùn)動改變沖程來操作往復(fù)式壓縮機(jī)的電路單元;一個(gè)用來探測來自電333路單元的電流和電壓相位差的相位差檢測單元;一個(gè)被輸入相位差來檢測相位拐點(diǎn)的相位拐點(diǎn)檢測單元;以及一個(gè)被輸入由相位拐點(diǎn)檢測單元檢測到的相位拐點(diǎn)并為了產(chǎn)生與相位差拐點(diǎn)對應(yīng)的沖程而向電路單元輸入電壓的沖程控制單元。沖程控制單元可以不管載荷變化控制活塞的TDC(頂部死點(diǎn)中心),提高往復(fù)式壓縮機(jī)的操作效率,以及由于不需要沖程計(jì)算電路,沒有電機(jī)常數(shù)變化帶來的沖程計(jì)算誤差。
文檔編號F04B9/00GK1346937SQ0114229
公開日2002年5月1日 申請日期2001年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月27日
發(fā)明者劉載有, 金炯鎮(zhèn), 權(quán)啟示 申請人:Lg電子株式會社