專利名稱：控制往復(fù)運動壓縮機運轉(zhuǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及往復(fù)運動壓縮機，特別涉及一種控制往復(fù)運動壓縮機運轉(zhuǎn)的方法。
背景技術(shù)：
通常，往復(fù)運動壓縮機通過讓往復(fù)運動壓縮機的活塞在氣缸內(nèi)作直線往復(fù)運動來壓縮氣缸中的致冷劑氣體。按照驅(qū)動活塞的方法，把往復(fù)運動壓縮機分為旋轉(zhuǎn)式往復(fù)運動壓縮機和直線式往復(fù)運動壓縮機。
在旋轉(zhuǎn)式往復(fù)運動壓縮機中，通過在旋轉(zhuǎn)電機上連接一曲軸并把活塞連接到該曲軸上，從而把該旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成活塞的直線往復(fù)運動。在直線式往復(fù)運動壓縮機中，活塞直接連接至直線電機的動子，依靠該動子的直線往復(fù)運動來進(jìn)行直線往復(fù)運動。
與旋轉(zhuǎn)式往復(fù)運動壓縮機不同的是，直線式往復(fù)運動壓縮機沒有用來把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)運動的曲軸，因而減小了磨擦損耗。因此，直線式往復(fù)運動壓縮機表現(xiàn)出比旋轉(zhuǎn)式往復(fù)運動壓縮機更高的工作效率。
直線式往復(fù)運動壓縮機(在下文中稱為“壓縮機”)通過根據(jù)沖程參考值來控制施加給壓縮機的直線電機(在下文中稱為“電機”)的電壓從而控制沖程。因此，壓縮機的壓縮率是可以調(diào)整的。
現(xiàn)在，根據(jù)圖1來解釋控制壓縮機運轉(zhuǎn)的現(xiàn)有裝置。
圖1是解釋控制壓縮機運轉(zhuǎn)的現(xiàn)有裝置的方塊圖。
根據(jù)圖1，控制壓縮機運轉(zhuǎn)的現(xiàn)有裝置包括電壓檢測單元140，它用來檢測施加給電機的電壓；電流檢測單元150，它用來檢測施加給電機的電流；沖程計算器(stroke operator)160，它根據(jù)檢測到的電流值、檢測到的電壓值和電機的參數(shù)來計算沖程；比較器110，它比較所計算的沖程值和沖程參考值，并根據(jù)該比較結(jié)果輸出一個差值；以及控制器120，它根據(jù)該差值來控制施加給電機的電壓從而控制壓縮機130的沖程，從而對壓縮機130的壓縮率進(jìn)行調(diào)整。
現(xiàn)在，根據(jù)圖2來解釋控制壓縮機運轉(zhuǎn)的現(xiàn)有裝置的操作。
圖2示出的是控制壓縮機運轉(zhuǎn)的現(xiàn)有方法的按次序步驟的流程圖。
如圖2所示，控制壓縮機運轉(zhuǎn)的現(xiàn)有方法包括以下步驟檢測施加給電機的電壓(S201)；檢測施加給電機的電流(S202)；根據(jù)檢測到的電流值、檢測到的電壓值和電機的參數(shù)來計算沖程(S203)；比較所計算的沖程值和沖程參考值，并輸出該比較結(jié)果(S204)；以及根據(jù)該比較結(jié)果來控制施加給電機的電壓從而控制壓縮機的沖程(S205和S206)。
現(xiàn)在更具體地解釋控制壓縮機運轉(zhuǎn)的現(xiàn)有方法。
該電壓檢測單元140檢測施加給電機的電壓，并把檢測到的電壓值輸出給沖程計算器160(S201)。
該電流檢測單元150檢測施加給電機的電流，并把檢測到的電流值輸出給沖程計算器160(S202)。
該沖程計算器160根據(jù)輸入的電流值、輸入的電壓值和電機的參數(shù)(電機常數(shù)，阻抗和電感)，按照下列公式1來計算沖程X，并把計算結(jié)果輸出給比較器110(S203)。
<公式1>
X=1α∫(VM-Ri-Li·)dt]]>這里，α代表電機常數(shù)，VM代表在電機中檢測到的電壓值，i代表在電機中檢測到的電流值，R代表電機的阻抗值，L代表電機的電感值。
該比較器110比較輸入的沖程值和沖程參考值，并將該比較結(jié)果輸出給控制器120(S204)。
該控制器120根據(jù)輸入的比較結(jié)果來控制施加給電機的電壓。即，當(dāng)所計算的沖程值小于沖程參考值時，該控制器120就增大施加給電機的電壓(S205)，而當(dāng)所計算的沖程值大于沖程參考值時，該控制器120就減小施加給電機的電壓(S206)，從而控制壓縮機的沖程。
然而，當(dāng)壓縮機的活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動時，壓縮機內(nèi)會產(chǎn)生機械振蕩。此時，該壓縮機具有唯一的機械共振頻率。
此外，壓縮機的工作效率隨著工作頻率而改變。下面，根據(jù)圖3來解釋壓縮機的工作頻率與壓縮機的工作效率之間的關(guān)系。
圖3示出的是現(xiàn)有技術(shù)的壓縮機的工作效率的曲線圖。
如圖3所示，當(dāng)壓縮機的當(dāng)前工作頻率與壓縮機的機械共振頻率相同時，該壓縮機表現(xiàn)出最高的工作效率。
然而，當(dāng)在壓縮機中產(chǎn)生機械振蕩時，即使該壓縮機的機械共振頻率隨著壓縮機的荷載變化而改變，該壓縮機也總是以一恒定不變的工作頻率運轉(zhuǎn)，這就導(dǎo)致低的工作效率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種控制壓縮機運轉(zhuǎn)的方法，該方法在每當(dāng)壓縮機的荷載發(fā)生變化的時候就計算壓縮機的機械共振頻率，根據(jù)所計算的機械共振頻率來生成壓縮機的工作頻率參考值，并根據(jù)所生成的工作頻率參考值來控制壓縮機的工作頻率，從而能提高壓縮機的工作效率。
為了實現(xiàn)這里所具體和廣泛描述的這些和其它優(yōu)點，并根據(jù)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種控制壓縮機運轉(zhuǎn)的方法，該方法包括以下步驟計算壓縮機的機械共振頻率；比較所計算的機械共振頻率與壓縮機的當(dāng)前工作頻率，并根據(jù)該比較結(jié)果來生成工作頻率參考值；以及根據(jù)所生成的工作頻率參考值來控制當(dāng)前工作頻率。
前面所述的以及其它的關(guān)于本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點將在下面通過與相應(yīng)的附圖相結(jié)合進(jìn)行清晰和具體地描述。


附圖顯示了本發(fā)明的實施例，它們與說明書的文字一起用來解釋本發(fā)明的原理，提供這些附圖為的是進(jìn)一步理解本發(fā)明，它們與本說明書相互結(jié)合并組成本說明書的一部分。
附圖中圖1是解釋控制壓縮機運轉(zhuǎn)的現(xiàn)有裝置的方塊圖；圖2示出的是控制壓縮機運轉(zhuǎn)的現(xiàn)有方法的按次序步驟的流程圖；圖3示出的是現(xiàn)有技術(shù)的壓縮機的工作效率的曲線圖；
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的控制壓縮機運轉(zhuǎn)的裝置的方塊圖；圖5A和5B示出的是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的控制壓縮機運轉(zhuǎn)的方法的按次序步驟的流程圖；圖6示出的是根據(jù)本發(fā)明的控制壓縮機運轉(zhuǎn)的裝置的工作效率的曲線圖；以及圖7是解釋根據(jù)本發(fā)明第二實施例的控制壓縮機運轉(zhuǎn)的裝置的方塊圖。
具體實施例方式
下面具體說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，這些實施方式的例子顯示在附圖中。
下面將根據(jù)圖4至7來具體解釋一種控制壓縮機運轉(zhuǎn)的裝置和方法，該裝置和方法在每當(dāng)壓縮機的荷載發(fā)生變化的時候就計算壓縮機的機械共振頻率，根據(jù)所計算的機械共振頻率來生成壓縮機的工作頻率參考值，并根據(jù)所生成的工作頻率參考值來控制壓縮機的當(dāng)前工作頻率，從而能提高壓縮機的工作效率。
圖4是解釋根據(jù)本發(fā)明第一實施例的控制壓縮機運轉(zhuǎn)的裝置的方塊圖。
如圖4所示，該控制壓縮機運轉(zhuǎn)的裝置包括沖程檢測單元440，它用來檢測壓縮機430的沖程；電流檢測單元450，它用來檢測施加給壓縮機430的電機的電流；共振頻率計算單元460，它根據(jù)檢測到的電流值和檢測到的沖程值來計算氣體彈簧常數(shù)，并根據(jù)所計算的氣體彈簧常數(shù)來計算機械共振頻率；工作頻率參考值生成單元470，它根據(jù)所計算的機械共振頻率與壓縮機430的當(dāng)前工作頻率之間的差值，生成工作頻率參考值；第一比較器410，它比較所生成的工作頻率參考值與壓縮機430的當(dāng)前工作頻率，并根據(jù)該比較結(jié)果輸出一個差值；第二比較器480，它比較檢測到的沖程值和沖程參考值，并根據(jù)該比較結(jié)果輸出一個差值；以及控制器420，它根據(jù)來自第二比較器480的差值控制施加給壓縮機430的電壓從而控制沖程，并且根據(jù)來自第一比較器410的差值來控制壓縮機430的工作頻率。
下面將根據(jù)圖5A和5B解釋根據(jù)本發(fā)明第一實施例的控制壓縮機運轉(zhuǎn)的裝置的操作。
圖5A和5B示出的是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的控制壓縮機運轉(zhuǎn)的方法的按次序步驟的流程圖。
如圖5A和5B所示，控制壓縮機運轉(zhuǎn)的方法包括以下步驟在預(yù)定周期的間隙檢測施加給壓縮機430的電機的電流(S501)；在預(yù)定周期的間隙檢測壓縮機430的沖程(S502)；根據(jù)檢測到的沖程值和檢測到的電流值來計算氣體彈簧常數(shù)kg(S503)；根據(jù)所計算的氣體彈簧常數(shù)kg來計算機械共振頻率fm(S504)；將壓縮機430的當(dāng)前工作頻率fc與所計算的機械共振頻率fm之間的差值和預(yù)定的高效率工作頻域作比較，并根據(jù)該比較結(jié)果生成工作頻率參考值(S505至S509)；以及根據(jù)所生成的工作頻率參考值來控制當(dāng)前工作頻率(S510至S513)。
下面解釋根據(jù)本發(fā)明第一實施例的控制壓縮機運轉(zhuǎn)的方法。
在預(yù)定周期的間隙，電流檢測單元450檢測施加給壓縮機430的電機的電流，并把檢測到的電流值輸出給共振頻率計算單元460(S501)。
在預(yù)定周期的間隙，沖程檢測單元440檢測壓縮機430的沖程(S502)，并把檢測到的沖程值輸出給第二比較器480和共振頻率計算單元460(S502)。
第二比較器480比較輸入的沖程值和沖程參考值，并根據(jù)該比較結(jié)果把差值輸出給控制器420。
該控制器420根據(jù)輸入的差值來控制施加給壓縮機430的電壓從而控制沖程。
該共振頻率計算單元460根據(jù)沖程檢測單元440所檢測到的沖程值和電流檢測單元450所檢測到的電流值來計算氣體彈簧常數(shù)kg(S503)，根據(jù)所計算的氣體彈簧常數(shù)kg來計算機械共振頻率fm，并把該機械共振頻率fm輸出給工作頻率參考值生成單元470(S504)。該氣體彈簧常數(shù)kg根據(jù)下列公式2來計算，而該機械共振頻率fm根據(jù)下列公式3來計算<公式2>
kg=α×|I(jω)X(jω)|×cos(θi,x)+mω2-km]]><公式3>
fm=12πkm+kgm]]>這里，α代表電機常數(shù)，I(jω)代表在壓縮機的電機中檢測到的電流值，X(jω)代表在壓縮機中檢測到的沖程值，θi，x代表施加給電機的電流與在壓縮機中檢測到的沖程之間的相差，m代表移動質(zhì)量，ω代表2×π×fc(fc是壓縮機的當(dāng)前工作頻率)，km代表壓縮機的機械彈簧常數(shù)。
該工作頻率參考值生成單元470比較輸入的機械共振頻率fm和當(dāng)前工作頻率fc，比較所得到的差值和預(yù)定的高效率工作頻域，根據(jù)該比較結(jié)果生成工作頻率參考值，并把所生成的工作頻率參考值輸出給控制器420(S505至S509)。
該控制器420根據(jù)輸入的工作頻率參考值來調(diào)整壓縮機430的工作頻率從而控制該壓縮機430(S510至S513)。
下面將根據(jù)圖6解釋生成工作頻率參考值的方法和根據(jù)所生成的工作頻率參考值來控制壓縮機430的方法。
圖6示出的是根據(jù)本發(fā)明的控制壓縮機運轉(zhuǎn)的裝置的工作效率的曲線圖。
如圖6所示，當(dāng)用當(dāng)前工作頻率fc減去所計算的機械共振頻率fm而得到的差值在預(yù)定的高效率工作頻域0±δ之內(nèi)時，該工作頻率參考值生成單元470就讓當(dāng)前工作頻率fc作為工作頻率參考值，并把該值輸出給控制器420(S505，S506和S509)。
然而，當(dāng)用當(dāng)前工作頻率fc減去所計算的機械共振頻率fm而得到的差值大于預(yù)定的高效率工作頻域的上限0+δ時，該工作頻率參考值生成單元470就讓當(dāng)前工作頻率fc減小第一預(yù)定大小(S505和S507)。當(dāng)用當(dāng)前工作頻率fc減去所計算的機械共振頻率fm而得到的差值小于預(yù)定的高效率工作頻域的下限0-δ時，該工作頻率參考值生成單元470就讓當(dāng)前工作頻率fc增大第一預(yù)定大小(S505，S506和S508)。
通過重復(fù)S505至S508的步驟，該工作頻率參考值生成單元470控制著當(dāng)前工作頻率fc直到用當(dāng)前工作頻率fc減去所計算的機械共振頻率fm而得到的差值在預(yù)定的高效率工作頻域0±δ之內(nèi)，就讓所控制的值作為工作頻率參考值，并把該生成的值輸出給控制器420(S509)。
這里，當(dāng)來自工作頻率參考值生成單元470的工作頻率參考值大于當(dāng)前工作頻率時，控制器420讓當(dāng)前工作頻率增大第二預(yù)定大小(S510和S512)。當(dāng)該工作頻率參考值小于當(dāng)前工作頻率時，控制器420就讓當(dāng)前工作頻率減小第二預(yù)定大小(S511和S513)。因此，通過讓當(dāng)前工作頻率與工作頻率參考值相等，該控制器420控制著壓縮機430從而讓其工作效率最高。
例如，當(dāng)所計算的機械共振頻率為60.0Hz且δ為0.5Hz(近似地，在0.1Hz至0.5Hz之間)時，預(yù)定的高效率工作頻域的范圍為59.5-60.5Hz。這里，當(dāng)當(dāng)前工作頻率為59.7Hz時，工作頻率參考值生成單元470就讓該當(dāng)前工作頻率作為工作頻率參考值。然而，當(dāng)當(dāng)前工作頻率為58.7Hz時，工作頻率參考值生成單元470就讓當(dāng)前工作頻率增大第一預(yù)定大小(例如，0.5Hz)，直到該值在59.5Hz與60.5Hz之間的域內(nèi)(58.7Hz→59.2Hz→59.7Hz)，并讓該增大了的值，即59.7Hz，作為工作頻率參考值。
由于所生成的工作頻率參考值(59.7Hz)大于當(dāng)前工作頻率(58.7Hz)，控制器420就讓當(dāng)前工作頻率(58.7Hz)增大第二預(yù)定大小(例如，0.1Hz)，直到該值達(dá)到59.7Hz(58.7Hz→58.8Hz→58.9Hz→…→59.6Hz→59.7Hz)。
下面將根據(jù)圖7解釋根據(jù)本發(fā)明第二實施例的控制壓縮機運轉(zhuǎn)的裝置。
圖7是解釋根據(jù)本發(fā)明第二實施例的控制壓縮機運轉(zhuǎn)的裝置的方塊圖。
根據(jù)圖7，該控制壓縮機運轉(zhuǎn)的裝置包括沖程檢測單元440，它用來檢測壓縮機430的沖程；電流檢測單元450，它用來檢測施加給壓縮機430的電機的電流；共振頻率計算單元460，它根據(jù)檢測到的電流值和檢測到的沖程值來計算機械共振頻率；工作頻率參考值生成單元470，它根據(jù)所計算的機械共振頻率與壓縮機430的當(dāng)前工作頻率之間的差值，生成工作頻率參考值；第一比較器410，它比較所生成的工作頻率參考值與壓縮機430的當(dāng)前工作頻率，并根據(jù)該比較結(jié)果輸出一個差值；上死點(TDC)檢測單元720，它用來檢測壓縮機430的TDC；第三比較器710，它比較檢測到的TDC值和TDC參考值，并根據(jù)該比較結(jié)果輸出一個差值；以及控制器420，它根據(jù)來自第三比較器710的差值控制施加給壓縮機430的電壓從而控制TDC，并且根據(jù)來自第一比較器410的差值來控制壓縮機430的工作頻率。
下面解釋根據(jù)本發(fā)明第二實施例的控制壓縮機運轉(zhuǎn)的裝置的操作。
在預(yù)定周期的間隙，電流檢測單元450檢測施加給壓縮機430的電機的電流，并把檢測到的電流值輸出給共振頻率計算單元460。
在預(yù)定周期的間隙，沖程檢測單元440檢測壓縮機430的沖程，并把檢測到的沖程值輸出給共振頻率計算單元460。
TDC檢測單元720檢測壓縮機430的TDC，并把檢測到的TDC值輸出給第三比較器710。
該第三比較器710比較輸入的TDC值和TDC參考值，并根據(jù)該比較結(jié)果把差值輸出給控制器420。
該控制器420根據(jù)輸入的差值控制施加給壓縮機430的電壓從而控制TDC。
該計算工作頻率參考值、比較所計算的工作頻率參考值與當(dāng)前工作頻率、根據(jù)該比較結(jié)果生成工作頻率參考值、以及根據(jù)所生成的工作頻率參考值來控制壓縮機的方法與本發(fā)明第一實施例的相同，因此省略對它的具體說明。
如前面所述，根據(jù)本發(fā)明，該控制壓縮機運轉(zhuǎn)的裝置和方法，通過計算壓縮機的機械共振頻率并且控制其工作頻率來讓壓縮機的當(dāng)前工作頻率與所計算的機械共振頻率相等，從而提高了壓縮機的工作效率。
還應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)或本質(zhì)特征的前提下，本發(fā)明可以以多種方式來實施，所以，除非特別指出，上面說明的實施例不受前述說明的任何細(xì)節(jié)所限制，相反，應(yīng)該在所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)作廣義的理解，因此，那些落入權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有改變或修改或者該范圍內(nèi)的等同物都被所附權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種控制往復(fù)運動壓縮機運轉(zhuǎn)的方法，該方法包括以下步驟計算往復(fù)運動壓縮機的機械共振頻率；比較所計算的機械共振頻率與往復(fù)運動壓縮機的當(dāng)前工作頻率，并根據(jù)該比較結(jié)果來生成工作頻率參考值；以及根據(jù)所生成的工作頻率參考值來控制當(dāng)前工作頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在根據(jù)施加給往復(fù)運動壓縮機的電機的電流和往復(fù)運動壓縮機的沖程來計算氣體彈簧常數(shù)以后，根據(jù)該氣體彈簧常數(shù)來計算所述的機械共振頻率。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述的氣體彈簧常數(shù)kg用kg=α×|I(jω)X(jω)|×cos(θi,x)+mω2-km]]>來表示，其中，α代表電機的電機常數(shù)，I(jω)代表在往復(fù)運動壓縮機的電機中檢測到的電流值，X(jω)代表在往復(fù)運動壓縮機中檢測到的沖程值，θi，x代表施加給電機的電流與在往復(fù)運動壓縮機中檢測到的沖程之間的相差，m代表移動質(zhì)量，ω代表2×π×fc(fc是往復(fù)運動壓縮機的當(dāng)前工作頻率)，km代表往復(fù)運動壓縮機的機械彈簧常數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述的機械共振頻率fm用fm=12πkm+kgm]]>來表示，其中，kg代表氣體彈簧常數(shù)，km代表往復(fù)運動壓縮機的機械彈簧常數(shù)，m代表移動質(zhì)量。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)用當(dāng)前工作頻率減去所計算的機械共振頻率而得到的差值在預(yù)定工作頻域之內(nèi)時，所述的生成工作頻率參考值的步驟就讓當(dāng)前工作頻率作為工作頻率參考值。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)用當(dāng)前工作頻率減去所計算的機械共振頻率而得到的差值大于預(yù)定工作頻域的上限時，所述的生成工作頻率參考值的步驟就讓當(dāng)前工作頻率減小一預(yù)定大小，并讓該減小了的工作頻率作為工作頻率參考值，當(dāng)用當(dāng)前工作頻率減去所計算的機械共振頻率而得到的差值小于預(yù)定工作頻域的下限時，所述的生成工作頻率參考值的步驟就讓當(dāng)前工作頻率增大預(yù)定大小，并把該增大了的工作頻率作為工作頻率參考值。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述的預(yù)定工作頻域設(shè)得讓往復(fù)運動壓縮機的工作效率最高。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟比較往復(fù)運動壓縮機的沖程與沖程參考值；以及根據(jù)該比較結(jié)果來改變施加給往復(fù)運動壓縮機的電機的電壓。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟比較往復(fù)運動壓縮機的上死點(TDC)與TDC參考值；以及根據(jù)該比較結(jié)果來改變施加給往復(fù)運動壓縮機的電機的電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開一種控制往復(fù)運動壓縮機運轉(zhuǎn)的方法，該方法能提高往復(fù)運動壓縮機的工作效率。該控制往復(fù)運動壓縮機運轉(zhuǎn)的方法包括以下步驟計算往復(fù)運動壓縮機的機械共振頻率；比較所計算的機械共振頻率與往復(fù)運動壓縮機的當(dāng)前工作頻率，并根據(jù)該比較結(jié)果來生成工作頻率參考值；以及根據(jù)所生成的工作頻率參考值來控制當(dāng)前工作頻率。
文檔編號F04B35/04GK1657778SQ20051000369
公開日2005年8月24日 申請日期2005年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月20日
發(fā)明者劉載有, 李徹雄, 成知原, 金炯鎮(zhèn) 申請人:Lg電子株式會社