專利名稱:控制往復式壓縮機運行的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種壓縮機，更具體地，涉及一種控制往復式壓縮機運行的裝置和方法。
背景技術：
通常，往復式壓縮機通過在所設置的氣缸中往復地和線性地移動活塞來吸入、壓縮和釋放制冷氣體。
根據(jù)如何驅動活塞，往復式壓縮機分為使用往復方法的壓縮機和使用線性方法的壓縮機。
在使用往復方法的壓縮機中，曲柄軸連接至旋轉電動機，而活塞連接至曲柄軸，以將旋轉電動機的旋轉力改變?yōu)橥鶑褪竭\動。
在使用線性方法的壓縮機中，線性地移動與線性電動機致動器相連接的活塞。
使用線性方法的往復式壓縮機沒有這種用于將旋轉運動改變?yōu)榫€性運動的曲柄軸，不會因曲柄軸而產(chǎn)生摩擦損耗，因此與普通壓縮機相比，其壓縮效率高。
往復式壓縮機可用于電冰箱或者空調(diào)，通過改變往復式壓縮機的壓縮率來控制電冰箱或者空調(diào)的制冷量，其中，往復式壓縮機的壓縮率可通過改變輸入到往復式壓縮機電動機的電壓來改變。
因此，當往復式壓縮機用于電冰箱或者空調(diào)時，可通過改變輸入到往復式壓縮機的沖程電壓來改變往復式壓縮機的壓縮率，從而控制制冷量。這里，沖程指活塞上止點和下止點之間的距離。
下面參照圖1來描述根據(jù)現(xiàn)有技術的往復式壓縮機。
圖1是示出控制往復式壓縮機運行的裝置的示意性結構框圖。
如圖1所示，控制往復式壓縮機運行的現(xiàn)有技術的裝置包括電流檢測單元4，用于檢測提供給往復式壓縮機6的電動機(未示出)的電流；電壓檢測單元3，用于檢測提供給所述電動機的電壓；沖程計算單元5，用于基于檢測到的電流和電壓值以及電動機參數(shù)來計算往復式壓縮機6的沖程估計值；比較單元1，用于比較計算出的沖程估計值與預設沖程參考值，并根據(jù)比較結果輸出差值；以及沖程控制單元2，用于根據(jù)差值，通過改變提供給電動機的電壓來控制壓縮機6的運行(沖程)，其中，通過控制與電動機并聯(lián)的三端雙向可控硅開關元件(triac)(未示出)的導通周期來改變提供給電動機的電壓。
下面參照圖1來描述用于控制往復式壓縮機運行的裝置的操作。
首先，電流檢測單元4檢測提供給壓縮機6的電動機(未示出)的電流，并將檢測到的電流值輸出到?jīng)_程計算單元5。
此時，電壓檢測單元3檢測提供給電動機的電壓，并將檢測到的電壓值輸出到?jīng)_程計算單元5。
沖程計算單元5通過將檢測到的電流和電壓值以及電動機參數(shù)代入到如下所示的方程式(1)來計算壓縮機的沖程估計值(X)，并將計算出的沖程估計值(X)提供給比較單元1X=1α∫(VM-Ri-Li-)dt---(1)]]>其中“R”是電動機的電阻值，“L”是電動機的電感值，α是電動機常數(shù)，VM是提供給電動機的電壓值，“i”是提供給電動機的電流值，以及
是提供給電動機的電流對時間的變化率，也就是說，
是“i”的微分值(di/dt)。
之后，比較單元1比較沖程估計值與沖程參考值，并根據(jù)比較結果將差值提供給沖程控制單元2。
沖程控制單元2基于差值，通過改變提供給壓縮機6的電動機的電壓來控制壓縮機6的沖程。
下面參照圖2來描述該運行。
圖2是示出根據(jù)現(xiàn)有技術控制往復式壓縮機運行的方法的過程的流程圖。
首先，當通過沖程計算單元5將沖程估計值提供給比較單元1時(步驟S1)，比較單元1比較沖程估計值與預設沖程參考值(步驟S2)，并根據(jù)比較結果將差值輸出到?jīng)_程控制單元2。
當沖程估計值比沖程參考值小時，沖程控制單元2增加提供給電動機的電壓以控制壓縮機的沖程(步驟S3)，而當沖程估計值比沖程參考值大時，沖程控制單元2減少提供給電動機的電壓(步驟S4)。
當提供給電動機的電壓增加或者減少時，與電動機電連接的三端雙向可控硅開關元件(未示出)控制導通周期，并將電壓提供給電動機。
沖程參考值根據(jù)往復式壓縮機的負載大小而不同。即，當負載大時，沖程參考值增加，而不減少活塞的沖程和防止制冷量的下降。相反地，當負載小時，沖程參考值減少，而不增加活塞的沖程和防止制冷量的增加以及由于過長的沖程(過度沖程)產(chǎn)生活塞與氣缸的沖撞。
在根據(jù)現(xiàn)有技術的另一實施例的用于控制往復式壓縮機運行的裝置中，通過利用變頻器(inverter)來改變提供給往復式壓縮機的電壓，從而控制往復式壓縮機的沖程。
在通過利用變頻器控制往復式壓縮機運行的裝置中，將用于控制變頻器的切換的PWM(脈沖寬度調(diào)制)電壓設置為與參考電流相位相同的正弦波函數(shù)。
即，產(chǎn)生PWM電壓，該電壓通過用一定的增益乘以參考電流與在往復式壓縮機中流過的實際電流之間的差來獲得。
但是，流過往復式壓縮機的電流與PWM電壓具有相位差，因此不能以精確的正弦波形來控制電流。
因此，現(xiàn)有技術的利用變頻器的往復式壓縮機具有以下問題。即，電流失真從而產(chǎn)生電流諧波損失，降低運行效率。
另外，電流失真現(xiàn)象導致在測量電流與沖程之間的相位差時的誤差，因此不能精確地控制沖程。

發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供一種控制往復式壓縮機運行的裝置和方法，其中，估計流過使用變頻器的往復式壓縮機的電流與PWM電壓之間的相位差，計算用于補償所估計的相位差的相位延遲值，并將參考電流延遲與計算出的相位延遲值一樣長的一段時間，由此消除電流失真現(xiàn)象。
為了獲得這些和其他優(yōu)點并根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此具體實施和廣泛描述的，提供一種控制往復式壓縮機運行的裝置，包括電流相位延遲值產(chǎn)生單元，通過利用當前沖程和檢測到的電流來計算電流相位延遲值，并輸出計算出的所述電流相位延遲值；以及參考電流產(chǎn)生單元，根據(jù)所述電流相位延遲值，基于所述當前沖程與沖程參考值之間的差來延遲參考電流。
為了實現(xiàn)上述目的，還提供一種控制往復式壓縮機運行的裝置，包括電流檢測單元，檢測提供給線性電動機的電流；電壓檢測單元，檢測提供給所述線性電動機的電壓；沖程計算單元，利用檢測到的電流和電壓來計算沖程；電流相位延遲值產(chǎn)生單元，通過利用所計算出的沖程和檢測到的電流來計算電流相位延遲值并輸出計算出的所述電流相位延遲值；第一比較單元，獲得在沖程參考值與計算出的所述沖程之間的差值，并輸出所述差值；參考電流產(chǎn)生單元，根據(jù)所述電流相位延遲值，基于所述差值來延遲參考電流段時間；第二比較單元，計算延遲了一段時間的所述參考電流與檢測到的電流之間的差值，并輸出所述差值；脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號產(chǎn)生單元，基于所述第二比較單元的所述差值產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號；以及變頻器，根掘所述脈沖寬度調(diào)制信號來改變提供給所述電動機的電壓和頻率。
為了實現(xiàn)上述目的，還提供一種控制往復式壓縮機運行的方法，包括基于當前沖程與沖程參考值之間的差，通過將參考電流延遲一段時間來產(chǎn)生參考電流；以及基于延遲了一段時間的參考電流與檢測到的電流之間的差，利用PWM信號來改變提供給線性電動機的電壓。
為了實現(xiàn)上述目的，還提供一種控制往復式壓縮機運行的方法，包括通過利用當前沖程和檢測到的電流來計算電流相位延遲值；根據(jù)電流相位延遲值，基于沖程與沖程參考值之間的差來延遲參考電流一段時間；以及基于延遲了一段時間的參考電流和檢測到的電流，利用PWM信號來改變提供給線性電動機的電壓。
為了實現(xiàn)上述目的，還提供一種控制往復式壓縮機運行的方法，包括檢測提供給線性電動機的電流和電壓；利用檢測到的電流和電壓計算沖程；通過利用沖程和檢測到的電流來計算電流相位延遲值；獲得沖程與沖程參考值之間的差值，并基于差值產(chǎn)生參考電流；根據(jù)電流相位延遲值來延遲參考電流一段時間；以及計算延遲的參考電流與檢測到的電流之間的差值，并基于計算出的差值，利用PWM信號來改變提供給線性電動機的電壓。
通過本發(fā)明的以下詳細描述，并結合附圖，本發(fā)明的前述和其他目的、特征、方案和優(yōu)點將變得更加顯而易見。
附圖包括在說明書中，提供對本發(fā)明的進一步理解，并入并組成說明書的一部分，示出本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術控制往復式壓縮機運行的裝置的示意性框圖；圖2是示出根據(jù)現(xiàn)有技術控制往復式壓縮機運行的方法的過程的流程圖；圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術具有變頻器的往復式壓縮機的電流和PWM電壓的波形；圖4示出根據(jù)圖3中PWM電壓和電流之間的相位差而失真的電流的波形；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明控制往復式壓縮機運行的裝置的示意性結構框圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明控制往復式壓縮機運行的方法的過程的流程圖；以及圖7示出根據(jù)本發(fā)明的電流的波形。
具體實施方式下面描述根據(jù)本發(fā)明的控制往復式壓縮機運行的裝置和方法，其能夠通過估計電流與PWM電壓之間的相位差來計算用于補償所估計相位差的相位延遲值，并將參考電流延遲與計算出的相位延遲值一樣長的一段時間，由此防止電流失真的產(chǎn)生，從而提高往復式壓縮機的運行效率以及控制TDC(上止點)的精確度。
在控制利用變頻器的往復式壓縮機運行的裝置和方法中，本發(fā)明認為能夠通過利用沖程和電流來計算控制變頻器的切換的PWM電壓與流過往復式壓縮機的電流之間的相位差。
在這里，TDC實際上指在完成活塞的壓縮沖程時活塞的位置。
下止點(BDC)實際上指在完成活塞的吸入沖程時活塞的位置。
在此情況下，在TDC為0時的位置上往復式壓縮機效率最大化，因此在控制往復式壓縮機運行時，控制活塞到TDC為0時的位置。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明控制往復式壓縮機運行的裝置的示意性結構框圖。
如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明控制往復式壓縮機運行的裝置包括比較單元100和800、參考電流產(chǎn)生單元200、PWM信號產(chǎn)生單元300、變頻器400、電流檢測單元500、電壓檢測單元600、沖程計算單元700以及電流相位延遲值產(chǎn)生單元900。
電流檢測單元500檢測往復式壓縮機的電動機的電流，而電壓檢測單元600檢測往復式壓縮機的電動機的電壓。
沖程計算單元700通過利用檢測到的電流和檢測到的電壓來計算沖程。
電流相位延遲值產(chǎn)生單元900通過利用沖程計算單元700的沖程和電流檢測單元500檢測到的電流來計算電流相位延遲值。
即，電流相位延遲值產(chǎn)生單元900能夠通過如下所示的方程式來計算電流相位延遲值Phase(V-i)=∠[{jwL-j1cw+R}·|i|+jwα|x|e-jθ]]]>比較單元100獲得沖程參考值與沖程之間的差值并輸出差值，而比較單元800獲得檢測到的電流與參考電流之間的差值并輸出差值。
參考電流產(chǎn)生單元200基于比較單元100的差值，將參考電流延遲與電流相位延遲值一樣多，并輸出延遲的參考電流。
比較單元800計算參考電流產(chǎn)生單元200輸出的參考電流與電流檢測單元500檢測的電流之間的差值，并輸出計算出的差值。
PWM信號產(chǎn)生單元300基于比較單元800的差值來產(chǎn)生PWM信號。
即，在參考電流比檢測到的電流小時，PWM信號產(chǎn)生單元300減少PWM信號的占空比，而如果參考電流比檢測到的電流大，那么PWM信號產(chǎn)生單元300增加PWM信號的占空比。
下面參照圖6來描述本發(fā)明的運行。
首先，電流檢測單元500檢測往復式壓縮機的電動機的電流，并且電壓檢測單元600檢測往復式壓縮機的電動機的電壓(SP11)。
接下來，沖程計算單元700通過利用檢測到的電流和檢測到的電壓來計算沖程(SP12)。
然后，電流相位延遲值產(chǎn)生單元900通過利用沖程計算單元700的沖程和電流檢測單元500檢測到的電流，由下面所示的方程式來計算電流相位延遲值(SP13)。
Let i＝|i|ejwt，x＝|x|ej(wt-θ)V=Ldidt+1c∫idt+Ri+αx]]>=(jwL-j1cw+R)·|i|ejwt+jwα|x|ej(wt-θ)]]>=[{jwL-j1cw+R}·|i|+jwα|x|e-jθ]·ejwt]]>=V^·ejwt]]>...V^=[{jwL-j1cw+R}·|i|+jwα|x|e-jθ]]]>...Phase(V-i)=∠[{jwL-j1cw+R}·|i|+jwα|x|e-jθ]]]>其中“x”是沖程。
之后，比較單元100應用沖程參考值與沖程之間的差值并將其提供給參考電流產(chǎn)生單元200。然后，參考電流產(chǎn)生單元200基于比較單元100的差值，將參考電流延遲與電流相位延遲值一樣長，并輸出延遲的參考電流(SP14)。
即，參考電流產(chǎn)生單元200通過將參考電流延遲與PWM電壓的相位差一樣多來產(chǎn)生參考電流。
隨后，比較單元800計算參考電流產(chǎn)生單元200輸出的參考電流與電流檢測單元500檢測的電流之間的差值并輸出差值，而PWM信號產(chǎn)生單元300基于比較單元800的差值來產(chǎn)生PWM信號(步驟S16)。
即，當參考電流比檢測到的電流小時，PWM信號產(chǎn)生單元300減少PWM信號的占空比，而當參考電流比檢測到的電流大時，PWM信號產(chǎn)生單元300增加PWM信號的占空比。
之后，變頻器500將因為從PWM信號產(chǎn)生單元300輸出的PWM信號而改變了頻率的電壓提供給往復式壓縮機的電動機。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的電流的波形。與圖4的電流波形相比較，可注意到電流失真幾乎已經(jīng)消除。
即，在本發(fā)明中，估計在電流與PWM電壓之間的相位差，并計算用于補償所估計相位差的相位延遲值，然后將參考電流的相位延遲與計算出的相位延遲值一樣長的一段時間，由此消除電流失真現(xiàn)象。
如已經(jīng)所描述的，控制往復式壓縮機的裝置和方法具有下面的優(yōu)點。
即，估計電流與PWM電壓之間的相位差，并計算用于補償所估計相位差的相位延遲值，然后將參考電流延遲與計算出的相位延遲值一樣長的一段時間，由此消除電流失真現(xiàn)象。因此，可以提高壓縮機的運行效率，并且可以改善控制TDC的精確度。
由于本發(fā)明可具體實施為多種形式而不背離其精神或本質(zhì)特征，所以應當理解，除非另有規(guī)定，上述實施例并不受限于前述說明的任何細節(jié)，而應在隨附權利要求
書限定的精神和范圍內(nèi)寬泛地解釋，因此，落入權利要求
書的界限及其等效范圍內(nèi)的所有變化和改型都應為隨附權利要求
書所涵蓋。
權利要求
1.一種控制往復式壓縮機運行的裝置，包括電流相位延遲值產(chǎn)生單元，通過利用當前沖程和檢測到的電流來計算電流相位延遲值，并輸出計算出的電流相位延遲值；參考電流產(chǎn)生單元，根據(jù)所述電流相位延遲值，基于所述當前沖程與沖程參考值之間的差來延遲參考電流一段時間；以及脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生單元，基于延遲了一段時間的參考電流與檢測到的電流之間的差值來產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號。
2.如權利要求
1所述的裝置，其中，當檢測到的電流比所述參考電流大時，所述脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生單元減少所述脈沖寬度調(diào)制信號的占空比，而當檢測到的電流比所述參考電流小時，所述脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生單元增加所述脈沖寬度調(diào)制信號的占空比。
3.如權利要求
1所述的裝置，其中，所述電流相位延遲值產(chǎn)生單元通過利用下面所示的方程式來計算所述電流相位延遲值Phase(V-i)=∠[{jwL-j1cw+R}·|i|+jwα|x|e-jθ]]]>
4.一種控制往復式壓縮機運行的裝置，包括電流檢測單元，檢測提供給電動機的電流；電壓檢測單元，檢測提供給所述電動機的電壓；沖程計算單元，利用檢測到的電流和電壓來計算沖程；電流相位延遲值產(chǎn)生單元，通過利用所計算出的沖程和檢測到的電流來計算電流相位延遲值，并輸出計算出的電流相位延遲值；第一比較單元，獲得在沖程參考值與計算出的沖程之間的差值，并輸出所述差值；參考電流產(chǎn)生單元，根據(jù)所述電流相位延遲值，基于所述差值來延遲參考電流一段時間；第二比較單元，計算延遲了一段時間的參考電流與檢測到的電流之間的差值，并輸出所述差值；脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生單元，基于所述第二比較單元的所述差值產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號；以及變頻器，根據(jù)所述脈沖寬度調(diào)制信號來改變提供給所述電動機的電壓和頻率。
5.如權利要求
4所述的裝置，其中，所述電壓的改變包括當檢測到的電流比所述參考電流大時，減少所述脈沖寬度調(diào)制信號的占空比，以及當檢測到的電流比所述參考電流小時，增加所述脈沖寬度調(diào)制信號的占空比。
6.一種控制往復式壓縮機運行的方法，包括通過利用當前沖程和檢測到的電流來計算電流相位延遲值；根據(jù)電流相位延遲值，基于所述沖程與沖程參考值之間的差來延遲參考電流一段時間；以及基于延遲了一段時間的參考電流與檢測到的電流之間的差，利用脈沖寬度調(diào)制信號來改變提供給電動機的電壓。
7.如權利要求
6所述的方法，其中，所述電壓的改變包括當檢測到的電流比所述參考電流大時，減少所述脈沖寬度調(diào)制信號的占空比；以及當檢測到的電流比所述參考電流小時，增加所述脈沖寬度調(diào)制信號的占空比。
8.一種控制往復式壓縮機運行的方法，包括檢測提供給電動機的電流和電壓；利用檢測到的電流和電壓計算沖程；通過利用所述沖程和檢測到的電流來計算電流相位延遲值；獲得所述沖程與沖程參考值之間的差值，并基于所述差值產(chǎn)生參考電流；根據(jù)所述電流相位延遲值來延遲參考電流一段時間；以及計算延遲的參考電流與檢測到的電流之間的差值，以及基于所計算出的差值將脈沖寬度調(diào)制信號提供給所述電動機。
9.如權利要求
8所述的方法，其中，利用下面所示的方程式來計算所述電流相位延遲值Phase(V-i)=∠[{jwL-j1cw+R}·|i|+jwα|x|e-jθ]]]>
10.如權利要求
8所述的方法，其中，所述電壓的改變包括當檢測到的電流比所述參考電流大時，減少所述脈沖寬度調(diào)制信號的占空比；以及當檢測到的電流比所述參考電流小時，增加所述脈沖寬度調(diào)制信號的占空比。
專利摘要
公開了一種控制往復式壓縮機運行的裝置和方法。控制往復式壓縮機運行的裝置包括電流相位延遲值產(chǎn)生單元，通過利用當前沖程和檢測到的電流來計算電流相位延遲值，并輸出計算出的電流相位延遲值；以及參考電流產(chǎn)生單元，根據(jù)電流相位延遲值，基于當前沖程與沖程參考值之間的差來延遲參考電流。估計電流與脈沖寬度調(diào)制(PWM)電壓之間的相位差，計算用于補償所估計的相位差的相位延遲值，然后將參考電流延遲與計算出的相位延遲值一樣長的一段時間，由此消除電流失真現(xiàn)象。因此，可以提高壓縮機的運行效率，并且可以改善控制TDC的精確度。
文檔編號F04B49/12GK1995754SQ200710001405
公開日2007年7月11日 申請日期2007年1月5日
發(fā)明者許慶范, 劉載有, 成知原 申請人:Lg電子株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan