專利名稱:共振活塞型壓縮機(jī)組及其振動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電源控制裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種用于控制電源的控制裝置，該電源是供到一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)共振一活塞型壓縮機(jī)組的振動(dòng)電動(dòng)機(jī)的，該控制裝置包括一個(gè)用于從電源向所述振動(dòng)電動(dòng)機(jī)供給交流電流的電路。
本發(fā)明也涉及一種裝備有這樣一種控制裝置的共振活塞型壓縮機(jī)組。這樣一種控制裝置和壓縮機(jī)組可從第4，345，442號(hào)美國(guó)書中得知。
在該公知的壓縮機(jī)組中，其活塞是通過(guò)一臺(tái)構(gòu)成直線電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)電動(dòng)機(jī)以相對(duì)汽缸的振動(dòng)而被驅(qū)動(dòng)的。該振動(dòng)的頻率基本上是恒定的，并大體上等于由壓縮機(jī)和振動(dòng)電動(dòng)機(jī)所形成的彈性體系統(tǒng)的共振頻率。為了獲得這種振動(dòng)，就要對(duì)該振動(dòng)電動(dòng)機(jī)通以一種具有大致等于此頻率的恒定頻率的交流電流。由于所述共振系統(tǒng)主要是以共振形式驅(qū)動(dòng)的，其活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)所需功率只是很低的(因?yàn)榭墒闺妱?dòng)機(jī)只用較低的驅(qū)動(dòng)功率)，因而也就只需用較小的激勵(lì)電流。這就有利于減小振動(dòng)電動(dòng)機(jī)的尺寸，對(duì)成本核算是有利的。這對(duì)大量生產(chǎn)(例如冰箱和冷凍機(jī))產(chǎn)品的壓縮機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就尤為重要。這種壓縮機(jī)的一種公知特性是其共振頻率隨環(huán)境參數(shù)(例如溫度)的變化而不斷改變，這就部分地抵消了所述優(yōu)點(diǎn)，因而所需的驅(qū)動(dòng)功率和激勵(lì)電流會(huì)隨實(shí)際運(yùn)行頻率和最佳運(yùn)行頻率之差的增大而迅速增大，該最佳工作頻率相當(dāng)于共振頻率。
本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種在開(kāi)頭一段中所限定的那種控制裝置，利用這種裝置就可使共振活塞型壓縮機(jī)組總是運(yùn)行在某一最佳振動(dòng)頻率上。本發(fā)明之所以能達(dá)到此目的是因?yàn)樵摽刂蒲b置包括根據(jù)加在所述電動(dòng)機(jī)上的交流電流和電壓得出某一第一測(cè)量值的檢測(cè)裝置，該測(cè)量值可至少近似地表示出由該電動(dòng)機(jī)加到該壓縮機(jī)組的、隨所述交流電流的頻率而變的功率是否在最大值;并包括用于將隨該第一測(cè)量值而定的交流電流頻率調(diào)節(jié)到某一數(shù)值以致使該第一測(cè)量值表明隨頻率而變的所述功率至少大體上正是最佳值的裝置。
利用本發(fā)明的控制裝置可使交流電流的頻率保持在某一數(shù)值上;以便使供到壓縮機(jī)組的功率，因而其產(chǎn)冷量，例如冰箱的制冷量，達(dá)最高。一般說(shuō)來(lái)，由于所述電動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)組存在的阻尼作用，該最佳頻率并不等于該電動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)系統(tǒng)的共振頻率。似乎，該最佳頻率要稍高于共振頻率。為了得知隨頻率而變的供電功率是否在最大值，一種適于引入的測(cè)量方法是測(cè)量由該電動(dòng)機(jī)以某一恒定幅值的交流電流所取自電源的功率。取自電源的最大功率就表明該最佳頻率。另一種測(cè)量方法是對(duì)功耗恒定的電動(dòng)機(jī)測(cè)量其交流電流的幅值。在此情況下，則其幅值最小就指明其頻率最佳。上述兩種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是不需用固定在該電動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)系統(tǒng)中的附加傳感器就可測(cè)定。這對(duì)于慣常把壓縮機(jī)與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)一起密封在充有致冷劑罐中的、用于制冷和冷凍設(shè)備和/或熱泵中的壓縮機(jī)組來(lái)說(shuō)是特別重要的。在所述罐中應(yīng)獲得的各種條件就得用各種專門適用于這些條件的傳感器。此外，如果使用各種傳感器，則就需要在罐壁中為被接到各傳感器的信號(hào)線形成通路而附加聯(lián)通線。
該控制裝置的一個(gè)最佳實(shí)施例的特征是它包括用于定期完成測(cè)量循環(huán)的裝置，為此目的，其檢測(cè)裝置包括用于把交流電流的頻率調(diào)整到許多不同頻率值的裝置以及用于根據(jù)各不同的設(shè)置頻率和由檢測(cè)裝置所確定的各對(duì)應(yīng)的第一測(cè)量值求出最佳頻率值的裝置，該控制裝置還包括用于在某一測(cè)量循環(huán)之后使交流電流的頻率適應(yīng)于這樣確定的最佳頻率的適配裝置。
還有一個(gè)實(shí)施例的特征在于該控制裝置包括用于確定所測(cè)定的最佳測(cè)量值和由檢測(cè)裝置所測(cè)定的瞬時(shí)測(cè)量值之差的比較器裝置以及在這樣測(cè)定的差值超過(guò)預(yù)定極限值時(shí)用于啟動(dòng)一個(gè)測(cè)量循環(huán)的啟動(dòng)裝置。這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是可使測(cè)量循環(huán)次數(shù)減到最少。在實(shí)踐中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為穩(wěn)定計(jì)，最好把所述交流電流的頻率選擇得略低于最佳頻率。因此一種特別適宜的這種控制裝置的實(shí)施例特征是其適配裝置要制得可把交流電流的頻率調(diào)整到等于最佳頻率減去某一特定值的頻率。
所述控制裝置的另一個(gè)實(shí)施例的特征是該控制裝置包括用于反復(fù)地確定最佳頻率的裝置。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是該最佳頻率可在有限次數(shù)的反復(fù)步驟中、亦即在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)被確定。
現(xiàn)在將對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)通過(guò)舉例，并參考附圖/至9進(jìn)行更詳細(xì)的描述，附圖中圖1示出一個(gè)可以使用本發(fā)明控制裝置的共振活塞型壓縮機(jī)組。
圖2A和2B表示隨激勵(lì)電流頻率而變的振動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功耗。
圖3示出本發(fā)明的控制裝置的一個(gè)實(shí)施例。
圖4、5A、5B和6是由圖3所示的實(shí)施例所執(zhí)行的程序流程圖。
圖7說(shuō)明激勵(lì)電流和激勵(lì)電壓的相位差和隨激勵(lì)電流的頻率而變的電動(dòng)機(jī)功耗之間的關(guān)系。
圖8示出所述控制裝置的另一實(shí)施例。
圖9是適用于圖3和8所示的控制裝置的電源電路的詳細(xì)電路圖。
圖1示出壓縮機(jī)組1，它包括一臺(tái)共振活塞型壓縮機(jī)2和一臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)2的振動(dòng)電動(dòng)機(jī)3。這樣的壓縮機(jī)2和振動(dòng)電動(dòng)機(jī)3在本申請(qǐng)人歐洲專利申請(qǐng)EP0，155，057號(hào)中已被全面地描述過(guò)。這種壓縮機(jī)2有一機(jī)體4，該機(jī)體圍成一園筒形空腔5，活塞6可在空腔5中移動(dòng)?？涨?的一端由蓋板7封住，在蓋板7上以常規(guī)方式裝有一吸氣閥8和一排氣閥9?？涨?的另一端由蓋板10封住，這樣就與活塞6的一端組成一容積可變的氣室，此種氣室容有一定量的氣體。這可變?nèi)莘e氣室形成一個(gè)氣體彈簧?；钊?的另一封閉端構(gòu)成可變?nèi)莘e氣室的諸壁之一，在該氣室中例如可壓縮制冷系統(tǒng)的致冷劑，該致冷劑是經(jīng)由閥8和9吸入或排出的。利用杠桿11把活塞6耦合到振動(dòng)電動(dòng)機(jī)3的電樞12上，電樞12可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在電動(dòng)機(jī)軸13上。該振動(dòng)電動(dòng)機(jī)還包括一定子14(14A、14B)以及彼此相對(duì)地安置有兩個(gè)線圈16A和16B的鐵心15。兩磁鐵17和18裝在鐵心15和定子14之間。在相互遠(yuǎn)離的各線圈16的各端面19處形成圓弧形的空氣隙20、21、22和23，電樞的滑動(dòng)件24和25可在這些空氣隙中移動(dòng)。在這樣一種振動(dòng)電動(dòng)機(jī)3中如果將交流電流通入各線圈16中，則由磁鐵18和19以及各線圈16在空氣隙(20、21、22和23)中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)就使所述電樞的各滑動(dòng)件24和25在圓弧形空氣隙20、21、22和23中以相應(yīng)于通過(guò)各線圈16的激勵(lì)電流的頻率進(jìn)行振動(dòng)。電樞12的這種振動(dòng)就經(jīng)由杠桿11傳遞到活塞6上。
關(guān)于由壓縮機(jī)2和振動(dòng)電動(dòng)機(jī)3所組成的彈性體系統(tǒng)，圖2示出其振動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功耗P隨其恒定幅值的激勵(lì)電流I的頻率而變的特性。在頻率fopt處顯示出功耗P的最大值Popt。對(duì)給定的頻率范圍來(lái)說(shuō)，由于電流I的幅度是恒定的，所以電動(dòng)機(jī)中的損耗基本上是恒定的。電動(dòng)機(jī)中的損耗包括銅耗和鐵耗，它們?nèi)Q于通過(guò)該電動(dòng)機(jī)的交流電流的幅度和頻率。由于鐵耗基本上是小于銅耗，而銅耗與頻率無(wú)關(guān)，所以由電動(dòng)機(jī)傳送給壓縮機(jī)的功率對(duì)頻率fopt來(lái)說(shuō)也是最大，這意味著由活塞6所完成的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的幅度也是最大的。當(dāng)壓縮機(jī)2被用于制冷系統(tǒng)時(shí)，這也就意味著對(duì)此頻率來(lái)說(shuō)，可得到最大產(chǎn)冷量。如果用最佳頻率fopt的交流電流激勵(lì)該振動(dòng)電動(dòng)機(jī)3，則對(duì)某一特定產(chǎn)冷量所需的電流總是最小，這意味著該電動(dòng)機(jī)的尺寸可以特別小，而且其損耗也可減至最小。
在實(shí)踐中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，功耗與頻率之間的關(guān)系總是依賴于例如壓縮機(jī)中的溫度這樣一些環(huán)境參數(shù)，結(jié)果是所述最佳頻率fopt在運(yùn)行期間不斷地變化。在圖3中示出本發(fā)明的控制裝置30的一個(gè)實(shí)施例，利用該控制裝置，可定期地測(cè)定其最佳頻率，并接著將其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的頻率調(diào)節(jié)到某一特定的最佳頻率fopt上。該控制裝置30包括一傳統(tǒng)型可編程控制單元40。該單元包括一中央處理器31(CPU)、一個(gè)只讀存儲(chǔ)器32(ROM)、一個(gè)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器33(RAM)、模一數(shù)轉(zhuǎn)換器34和35以及數(shù)一模轉(zhuǎn)換器36和37。存儲(chǔ)器32和33，模數(shù)轉(zhuǎn)換器34和35以及所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器以通常的方式經(jīng)由一地址總線38、一數(shù)據(jù)總線39以及控制總線41接到中央處理器31。將數(shù)一模轉(zhuǎn)換器36的模擬輸出接到傳統(tǒng)型壓控振蕩器42的控制輸入端，該振蕩器42產(chǎn)生一種恒定幅度和取決于控制輸入端上電壓值的頻率的正弦波輸出信號(hào)。振蕩器42的輸出信號(hào)加到乘法器43的第一輸入端，同時(shí)該乘法器的第二輸入端接到數(shù)一模轉(zhuǎn)換器37的模擬輸出端。乘法器43的輸出信號(hào)Ig(該信號(hào)代表振蕩器42的輸出信號(hào)與數(shù)一模轉(zhuǎn)換器37的輸出信號(hào)的乘積)加到被配置在直流電壓源45和電動(dòng)機(jī)線圈16之間的電源電路44。該電源電路是一種起源于直流電壓源45而以(與信號(hào)Ig的瞬時(shí)值成正比的)電流Is激勵(lì)各線圈16的型式。該電源電路44還包括一用于測(cè)量所述激勵(lì)電流的測(cè)量電路和用于產(chǎn)生正比于所測(cè)得的激勵(lì)電流的測(cè)量信號(hào)Im的電路。該電源電路44將參考圖9作更詳細(xì)的描述。
各線圈16的輸出端接到差動(dòng)放大器46的反相和正相輸入端，以便測(cè)量加在電動(dòng)機(jī)上的電壓。然后該差動(dòng)放大器46產(chǎn)生一與加在電動(dòng)機(jī)上的電壓成正比的信號(hào)Um。該信號(hào)Um被加到乘法器47的第一輸入端，同時(shí)信號(hào)Im被加到此乘法器47的第二輸入端，因此乘法器47的輸出信號(hào)就可代表電動(dòng)機(jī)3的瞬時(shí)功耗。乘法器47的輸出信號(hào)加到一低通濾波器48，以便使低通濾波器48的輸出信號(hào)Pin可代表電動(dòng)機(jī)3的平均功耗。信號(hào)Pin加到一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器34的輸入。再者，一個(gè)信號(hào)Tm被加到差動(dòng)放大器49的反相輸入端，同時(shí)一個(gè)信號(hào)號(hào)Tg被加到其正相輸入端。信號(hào)Tm代表待制冷空間的溫度-它由傳感器(未示出)測(cè)得。信號(hào)Tg代表所需要的溫度。該差動(dòng)放大器輸出信號(hào)Tin(代表Tm和Tg間的差值)，被加到一個(gè)模一數(shù)轉(zhuǎn)換器35的輸入端。
該中央處理器31執(zhí)行存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器32中的程序。在執(zhí)行這程序的同時(shí)，可定期測(cè)定激勵(lì)電流的最佳頻率。每當(dāng)該最佳頻率已被測(cè)定時(shí)，激勵(lì)電流的頻率也就被適配好了。在圖4、5和6中說(shuō)明了這樣一個(gè)程序的流程圖。
圖4示出由中央處理器31經(jīng)常執(zhí)行的主程序流程圖。在步驟S10執(zhí)行一子程序Fopt以測(cè)定最佳頻率Fopt，于是使該電動(dòng)機(jī)的激勵(lì)電流頻率適配到這樣測(cè)定的最佳頻率Fopt上。接著，在步驟S11中判定標(biāo)記FL是否已被置位于邏輯“1”。這個(gè)標(biāo)記表明是否必須對(duì)激勵(lì)電流幅度的所需值Iref進(jìn)行修改。如果是的話，則在步驟S12中將Iref的新值加到數(shù)一模轉(zhuǎn)換器37，該轉(zhuǎn)換器就將Iref的數(shù)字值轉(zhuǎn)換成用于經(jīng)由乘法器43調(diào)整激勵(lì)電流幅度的信號(hào)Iout。此外，在步驟S12中標(biāo)記FL被復(fù)位到邏輯“0”。在完成步驟S12以后，該程序進(jìn)到步驟S10。但是，如果在步驟S11中已發(fā)現(xiàn)標(biāo)記FL還未被置位于邏輯“1”則接著步驟S11的是步驟S13。在步驟S13，由中央處理器31將在模一數(shù)轉(zhuǎn)換器34輸出端上的數(shù)字值Pin讀出。這一代表電動(dòng)機(jī)3的瞬時(shí)功耗的數(shù)字值Pin就與最佳值Popt進(jìn)行比較。接著，確定Popt和Pin間之差的絕對(duì)值ΔP。其后，在步驟S14，判定該差值的絕對(duì)值ΔP是否小于預(yù)定的小值ε。如果小于ε的話，這意味著電動(dòng)機(jī)3仍是由其頻率接近最佳值Fopt的交流電流所驅(qū)動(dòng)的。那時(shí)，該程序就進(jìn)到步驟S11。然而，如該值ΔP大于ε，這就意味著由于(例如)壓縮機(jī)2中的介質(zhì)溫度等運(yùn)行參數(shù)的變化結(jié)果，激勵(lì)電流的頻率fopt不再對(duì)應(yīng)于實(shí)際最佳值了。在此情況下，該程序進(jìn)到步驟S10，在此之后，再次在子程序Fopt中測(cè)定該最佳頻率fopt。
圖5A和5B是子程序Fopt的流程圖。在該子程序Fopt已被調(diào)用后，在步驟S20，首先對(duì)激勵(lì)電流的頻率設(shè)置初始值fo。然后中央處理器31將代表該初始值fo(見(jiàn)圖2A)的數(shù)字值Fo傳送到數(shù)一模轉(zhuǎn)換器36。數(shù)一模轉(zhuǎn)換器36將該數(shù)字值Fo轉(zhuǎn)換成信號(hào)Fr以便經(jīng)由壓一控振蕩器42調(diào)整該交流的頻率。接著，在步驟S21中等待一段時(shí)間以使該共振系統(tǒng)可調(diào)整到新的頻率。其后，在步驟S22中，將對(duì)應(yīng)于新設(shè)置頻率的各功耗值，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器34讀入并作為變量P3存入隨機(jī)存取存儲(chǔ)器33中。此外，使輸出信號(hào)Fr增加一個(gè)常量ΔF，該常量相當(dāng)于某一頻率變化Δf(見(jiàn)圖2A)。由于這個(gè)結(jié)果，就將激勵(lì)電流的頻率設(shè)置到某一等于fo+Δf的新值上。
在各步驟S23、S24、S25和S26中，測(cè)定相當(dāng)于頻率為fo+Δf和fo+2Δf的各功耗值，并分別將它們作為變量P2和P1存儲(chǔ)起來(lái)。在步驟S27中，根據(jù)下述關(guān)系式和P1、P2、P3和ΔF值求出對(duì)于最后設(shè)置頻率的導(dǎo)數(shù)Afg(＝dp/df)的估算值A(chǔ)fg＝(3P1-4P2+P3)/ΔF在步驟28中，判定導(dǎo)數(shù)Afg是否小于零。如果不是小于零，則就意味著各個(gè)P尚未到達(dá)最大。于是在各步驟S29、S30和S31中對(duì)交流電壓的頻率再增加Δf值，測(cè)定相應(yīng)的功耗值并將它存入P1中。此外，各代表相當(dāng)于兩個(gè)先前設(shè)置的頻率的功耗值就被修改了。其后，在步驟S27中，作為該新設(shè)置頻率的導(dǎo)數(shù)。重復(fù)進(jìn)行由步驟S27、S28、S29、S30和S31形成的程序循環(huán)直到這樣判定的導(dǎo)數(shù)Afg小于零為止。這就表明最佳頻率位于最后設(shè)置和倒數(shù)第二設(shè)置的頻率之間，該兩個(gè)設(shè)置頻率在圖2A中由標(biāo)號(hào)50和51所指明。然后在步驟S32中將Fr值減去ΔF′，ΔF′值明顯小于ΔF值;于是就將激勵(lì)電流的頻率降低一個(gè)小值Δf′(見(jiàn)圖2B)。在等待步驟S33之后，在步驟S34，規(guī)定作為新設(shè)置頻率的功耗。接著，在步驟S35中判定由P2表示的最后確定的功耗值是否小于由Pr表示的倒數(shù)第二個(gè)確定的功率。如果不是較小，則程序進(jìn)到步驟S35。重復(fù)進(jìn)行包括步驟S32、S33、S34和S35的程序循環(huán)直到該最后確定的功耗值小于倒數(shù)第二個(gè)確定的功耗值為止(在圖2B中，該頻率f和對(duì)應(yīng)的功耗用圓圈52表明)。那時(shí)，最后確定的功耗值大致等于最大值，這就意味著該對(duì)應(yīng)的頻率基本上等于激勵(lì)電流的最佳頻率fopt，于是該子程序Fopt就終止。在實(shí)踐中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由于考慮穩(wěn)定度起見(jiàn)，可以不要求將交流電流的頻率設(shè)置在相當(dāng)于最大功耗的頻率上，而是設(shè)置在稍低于此頻率的頻率上。在已經(jīng)按照所述子程序Fopt測(cè)定出最佳頻率以后，于是就可將交流電流的頻率設(shè)置到這樣測(cè)定的最佳頻率減去某一預(yù)定值的頻率上。顯然，對(duì)于本專業(yè)人員來(lái)說(shuō)，通過(guò)舉例參考圖5所描述的用于測(cè)定在功耗和設(shè)置頻率之間的關(guān)系曲線上最大值的程序可以很容易地被任何其它用于測(cè)定該最大值的公知程序所代替。
該主程序Main是以恒定的周期中斷的。在程序中斷期間，執(zhí)行一個(gè)為規(guī)定激勵(lì)電流的所需幅值而控制的控制程序。圖6中示出這個(gè)控制程序的一個(gè)例子的流程圖。控制程序Control的第一步驟S1由中央處理器31將數(shù)字值Tin加到模一數(shù)轉(zhuǎn)換器35的各輸出端。其后，在步驟S2中，按照一種可將需要值Iref調(diào)整到使需要的溫度Tg和在待冷卻空間中測(cè)得的溫度大致保持相等時(shí)數(shù)值的習(xí)慣控制算法，為激勵(lì)電流求出一個(gè)新的所需值Iref。而且，在步驟S2，將標(biāo)記FL置位于邏輯“1”以示明必須在下一次執(zhí)行主程序步驟S11和S12期間對(duì)驅(qū)動(dòng)電流幅度的設(shè)置進(jìn)行修改。在控制程序Control終止后，再恢復(fù)主程序Main。
在前面所描述的本發(fā)明實(shí)施例中，激勵(lì)電流的最佳頻率是在激勵(lì)電流幅度保持恒定的同時(shí)，通過(guò)變更激勵(lì)電流的頻率、并且同時(shí)通過(guò)測(cè)定電動(dòng)機(jī)的功耗而確定的。于是，就可從這樣測(cè)定出的功耗值得出最大功耗。然而，最佳頻率可用各種其它方法測(cè)定，例如通過(guò)利用一個(gè)控制系統(tǒng)使電動(dòng)機(jī)的功耗保持恒定，同時(shí)變更激勵(lì)電流的頻率的方法。也可通過(guò)同時(shí)測(cè)定對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流幅值和頻率，并接著從其幅值和這樣測(cè)定的相關(guān)頻率得出激勵(lì)電流幅度最小時(shí)的頻率方法，求出最佳頻率。
在前面所描述的實(shí)施例中，用于測(cè)定最佳頻率的測(cè)量值。是直接從電動(dòng)機(jī)的電流和加在電動(dòng)機(jī)上的電壓導(dǎo)出，顯然，這個(gè)測(cè)量值也可從電源的電流和電壓導(dǎo)出。即使該控制裝置是經(jīng)由一整流器的電源供電的，所述測(cè)量值也可由取自該控制裝置電源的電源電流和電壓導(dǎo)出;這是因?yàn)橄鄬?duì)于電動(dòng)機(jī)的功耗來(lái)說(shuō)，控制電路的電子線路的功耗是可忽略不計(jì)的，因此可以認(rèn)為取自電源的全部功率都是由電動(dòng)機(jī)消耗的。
另一方面，根據(jù)隨頻率而變的激勵(lì)電壓和激勵(lì)電流之間的相位差導(dǎo)出相當(dāng)于功耗最大時(shí)的頻率是可能的。這個(gè)方法特別適用于這樣一種電動(dòng)機(jī)，在這種電動(dòng)機(jī)中，加在其電感量上的電壓降比由于轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)而在電動(dòng)機(jī)各線圈中所產(chǎn)生的反電勢(shì)要小得多。那時(shí)，反電勢(shì)與激勵(lì)電流間的相位差基本上等于加在電動(dòng)機(jī)上的電壓與激勵(lì)電流間的相位差。
由于當(dāng)激勵(lì)電流和反電勢(shì)同相時(shí)，由電動(dòng)機(jī)傳送的功率，亦即其產(chǎn)冷量大致為最大;所以在具有很低的電感量的電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)激勵(lì)電流和激勵(lì)電壓間的相位差φ為零時(shí)，其隨頻率而變的最大功耗基本上是最佳的。現(xiàn)在通過(guò)變更其頻率、并用-COSφ檢測(cè)器對(duì)各不同頻率進(jìn)行測(cè)定其COSφ、然后根據(jù)所測(cè)定出的各COSφ和各對(duì)應(yīng)的頻率值，得出相當(dāng)于COSφ為最大時(shí)的頻率，這一方法也能求出一個(gè)基本上是最佳的頻率。但是，也可根據(jù)該相位差直接導(dǎo)出一個(gè)可對(duì)該頻率進(jìn)行適配的信號(hào)。
圖7示出功耗P和激勵(lì)電流同激勵(lì)電壓間的相位差φ隨激勵(lì)電流的頻率f而變的特性。如果頻率f低于最佳頻率fopt，則激勵(lì)電壓越前激勵(lì)電流(φ＜0)。如果該頻率f顯著高于最佳頻率fopt則激勵(lì)電壓就滯后于激勵(lì)電流(φ＞0)。如果該頻率位于最佳頻率附近，則其相位差φ就小。對(duì)某一相當(dāng)于相位差φ為零的頻率f′opt來(lái)說(shuō)，除有少量誤差外，其功耗P′opt就等于最佳值Popt。
圖8示出一個(gè)控制裝置的一個(gè)實(shí)施例，在該控制裝置中，對(duì)激勵(lì)電流頻率的適配取決于相位差φ。在圖7中，各相當(dāng)于已在圖3所示部件的部件均帶有同一標(biāo)號(hào)。
將代表加在電動(dòng)機(jī)上的激勵(lì)電壓瞬時(shí)值的信號(hào)Um和代表通過(guò)電動(dòng)機(jī)的激勵(lì)電流瞬時(shí)值的信號(hào)Im加到傳統(tǒng)型相位檢測(cè)器60，以測(cè)定信號(hào)Um和Im間的相位差。將代表相位差的相位檢測(cè)器60的輸出信號(hào)加到一常用型控制電路，該控制電路可根據(jù)相位檢測(cè)器60的輸出信號(hào)以使相位差φ基本上保持為零的方式對(duì)Fr進(jìn)行適配。
圖9示出一個(gè)激勵(lì)電路44的一個(gè)例子。電動(dòng)機(jī)3的線圈16A和16B的串聯(lián)裝置的一端72分別經(jīng)由電子開(kāi)關(guān)74和75而接到直流電源44的正電源端70和負(fù)電源端子71，該電子開(kāi)關(guān)包括有(例如)FET型的功率晶體管。線圈16A和16B串聯(lián)裝置的另一端子73經(jīng)由同樣的電子開(kāi)關(guān)76和77分別接到正電源端子70和負(fù)電源端子71。開(kāi)關(guān)74、77都各與一常用型保護(hù)電路并聯(lián)(未示出)。在開(kāi)關(guān)75和電源端子71之間以及在開(kāi)關(guān)77和電源端子71之間分別連接有低阻抗電阻78以及低阻抗電阻79。
開(kāi)關(guān)74、…77借助于控制電路80、…83控制?？刂齐娐?0、…83都屬常用型，它們響應(yīng)“R”輸入端上的一個(gè)脈沖而產(chǎn)生一個(gè)打開(kāi)開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)，并響應(yīng)“S”輸入端上的一脈沖產(chǎn)生一個(gè)閉合開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)。兩個(gè)對(duì)角相對(duì)的開(kāi)關(guān)74和77的控制電路80和83的輸入端“S”經(jīng)由一延遲電路84連接到脈沖發(fā)生器85的輸出端。同樣，另兩個(gè)對(duì)角相對(duì)的開(kāi)關(guān)75和76的控制電路81和82的輸入端“S”經(jīng)由延遲電路86連接到脈沖發(fā)生器87的輸出端?？刂齐娐?0、83和81、82的“R”輸入端接到各對(duì)應(yīng)的脈沖發(fā)生器87和85的輸出端。
脈沖發(fā)生器85是一種可隨著在其輸入端上的邏輯“0”轉(zhuǎn)移到“1”而產(chǎn)生一個(gè)脈沖的例如單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。脈沖發(fā)生器87屬于一種可隨著在其輸入端上的邏輯“1”轉(zhuǎn)移到邏輯“0”而產(chǎn)生一脈沖的型式。脈沖發(fā)生器85和87的輸入端連接到脈寬調(diào)制器88的輸出端，后者的所屬類型是可產(chǎn)生一種其頻率顯著高于所需要的激勵(lì)電流頻率、并且具有一由其輸入端上信號(hào)幅度所確定的占空比(脈沖保持與間歇時(shí)間之比)的脈寬調(diào)制輸出信號(hào)。利用這里所描述的控制系統(tǒng)，隨著脈寬調(diào)制器88的輸出信號(hào)從0轉(zhuǎn)移到1，而將兩個(gè)對(duì)角相對(duì)的開(kāi)關(guān)75和76打開(kāi)(關(guān)斷)，經(jīng)過(guò)一短時(shí)間(由延遲開(kāi)關(guān)84所確定的時(shí)間)后，另兩個(gè)對(duì)角相對(duì)的開(kāi)關(guān)74和77被閉合(接通)。于是兩個(gè)線圈16A和16B，經(jīng)由開(kāi)關(guān)74和77而連接到電源端子70和71上。一旦脈寬調(diào)制器88的輸出信號(hào)從1→轉(zhuǎn)移到0，開(kāi)關(guān)74和77就被打開(kāi)，并經(jīng)短暫的一瞬，即閉合開(kāi)關(guān)75和76。于是兩個(gè)線圈16A和16B經(jīng)由開(kāi)關(guān)75和76而接到電源端子70和71。線圈16A和16B就以這種方式被通以(由脈寬調(diào)制器88輸出信號(hào)的占空比所確定的)平均電壓。由開(kāi)關(guān)74、…、77的轉(zhuǎn)換所引起的高頻電壓分量，由于電動(dòng)機(jī)各線圈的電感量而幾乎不影響電動(dòng)機(jī)的激勵(lì)電流。通過(guò)電動(dòng)機(jī)的激勵(lì)電流是由差動(dòng)放大器89確定的，后者的反相輸入端是接到電阻78和開(kāi)關(guān)75之間的連接點(diǎn)上的，而其正相輸入端是接到開(kāi)關(guān)77和電阻79之間的連接點(diǎn)上的。差動(dòng)放大器89的輸出信號(hào)Im是與所述兩連接點(diǎn)之間的電壓差成正比的，因此是與通過(guò)線圈16A和16B的激勵(lì)電流成正比的。
信號(hào)Im被加到差動(dòng)放大器90的反相輸入端。來(lái)自乘法器43的信號(hào)Ig加到差動(dòng)放大器90的正相輸入端，該信號(hào)Ig代表所需激勵(lì)電流瞬時(shí)值。代表激勵(lì)電流所需值Ig和測(cè)量值Im之間差值的差動(dòng)放大器90的輸出信號(hào)加到傳統(tǒng)型控制電路91，后者是一種(例如)積分控制電路。控制電路91要以下述方式選定，即，它可隨Ig和Im之差值而產(chǎn)生這樣一種用于脈寬調(diào)制器88的控制信號(hào)以使其輸出信號(hào)的占空比被調(diào)整到某一值，以便把由加在線圈16A和16B上的平均電壓所產(chǎn)生的激勵(lì)電流調(diào)整到使所述Ig和Im之差值基本上保持等于零時(shí)的數(shù)值。
權(quán)利要求
1.一種用于控制向用于驅(qū)動(dòng)一共振一活塞型壓縮機(jī)組的振動(dòng)電動(dòng)機(jī)供電的電源控制裝置，它包括一用于從電力電源把交流電流供到振動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電路，其特征在于該控制裝置包括用于導(dǎo)出至少可大致指示出由電動(dòng)機(jī)供到壓縮機(jī)組的隨交流電流頻率而變的功率是否最大的第一測(cè)量值的檢測(cè)裝置以及用于根據(jù)該第一測(cè)量值而將交流電流的頻率調(diào)節(jié)到一個(gè)可使所述第一測(cè)量值指明所述隨頻率而變的所供功率至少是基本上最大的頻率值的裝置。
2.如權(quán)利要求
1中所要求的一種控制裝置，特征在于該控制裝置裝有用于在至少測(cè)定第一測(cè)量值期間使交流電流的幅值保持恒定的控制裝置，其特征還在于所述檢測(cè)裝置適于，把電動(dòng)機(jī)的功耗測(cè)定為所述第一測(cè)量值。
3.如權(quán)利要求
1中所要求的一種控制裝置，特征在于該控制裝置裝有用于在至少測(cè)定第一測(cè)量值期間使電動(dòng)機(jī)的功耗保持恒定的控制裝置，其特征在于所述檢測(cè)裝置適合于把一個(gè)對(duì)交流電流幅度的測(cè)量值定為所述第一測(cè)量值。
4.如權(quán)利要求
1、2或3中所要求的一種控制裝置，特征在于該控制裝置包括用于定期進(jìn)行一測(cè)量循環(huán)的裝置，為此，其檢測(cè)裝置包括用于把交流電流的頻率調(diào)整到多個(gè)不同頻率值的裝置以及用于根據(jù)不同的設(shè)置頻率、并根據(jù)由檢測(cè)裝置測(cè)定的相應(yīng)第一測(cè)量值而求出最頻率的裝置，該控制裝置還包括用于在某一測(cè)量循環(huán)之后把交流電流的頻率適配到這樣測(cè)定的最佳頻率上的適配裝置。
5.如權(quán)利要求
4中所要求的一種控制裝置，特征在于該控制裝置包括用于判定所確定的最佳測(cè)量值和由檢測(cè)裝置所測(cè)定的瞬時(shí)測(cè)量值之差值的比較器裝置，以及包括用于在這樣測(cè)定出的差值超過(guò)預(yù)定限值時(shí)啟動(dòng)一測(cè)量循環(huán)的啟動(dòng)裝置。
6.如權(quán)利要求
4或5的任一要求中所要求的一種控制裝置，特征在于該控制裝置包括用于反復(fù)地測(cè)定最佳頻率的裝置。
7.如上述權(quán)利要求
的任一種控制裝置，特征在于所述適配裝置是為把交流電流的頻率調(diào)整到等于最佳頻率減去某一特定值的頻率而構(gòu)成的。
8.一種共振一活塞型壓縮機(jī)組，它包括一臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)該機(jī)械共振系統(tǒng)的振動(dòng)電動(dòng)機(jī)，該壓縮機(jī)組的特征在于它包括一種如權(quán)利要求
1至7中所述的任一控制裝置。
專利摘要
用于控制向一共振—活塞型壓縮機(jī)組的驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)線圈(16A，16B)供電的電源的控制裝置(30)。 該控制裝置包括一用于將電流從一直流電源(45) 通入電動(dòng)機(jī)各線圈的電源電路(44)；用于測(cè)定(P文檔編號(hào)H02P25/06GK87107490SQ87107490
公開(kāi)日1988年5月11日 申請(qǐng)日期1987年10月26日
發(fā)明者彼得·米歇爾·西爾韋斯特·瑪麗亞·海曼斯, 約翰內(nèi)斯·約翰娜·范赫克, 菲代靳斯·艾德里安納斯·布恩, 洛克斯·科爾內(nèi)利斯·德克·利森堡 申請(qǐng)人:菲利浦光燈制造公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan