專利名稱：用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種往復(fù)式(線性)電動壓縮機(jī)，特別涉及一種用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置和方法。
背景技術(shù)：
一般地，因?yàn)橥鶑?fù)式壓縮機(jī)具有較低的摩擦損耗，所以由線性往復(fù)電動機(jī)運(yùn)行且不使用將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為線性運(yùn)動的曲軸的往復(fù)式電動壓縮機(jī)(為簡便起見，在下文中稱為“往復(fù)式電動壓縮機(jī)”)能夠提供比其它壓縮機(jī)更高的壓縮效率。
當(dāng)往復(fù)式電動壓縮機(jī)用于冰箱或空調(diào)設(shè)備中時，通過改變施加在壓縮機(jī)的往復(fù)式電動機(jī)上的沖程電壓來改變壓縮機(jī)的壓縮比，從而控制制冷能力。
下面將參照圖1來說明往復(fù)式電動壓縮機(jī)的傳統(tǒng)控制。
圖1是表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。
如圖1所示，用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置包括電流檢測器4，其用于檢測施加在壓縮機(jī)6的往復(fù)式電動機(jī)(未示出)上的電流；電壓檢測器3，其用于檢測施加在電動機(jī)上的電壓；沖程計(jì)算器5，其用于基于檢測的電流和電壓值以及電動機(jī)的某個運(yùn)行參數(shù)來計(jì)算沖程估計(jì)值；比較器1，其用于比較計(jì)算出的沖程估計(jì)值和預(yù)先設(shè)定的沖程參考值，并根據(jù)比較結(jié)果輸出差值；以及沖程控制器2，其用于通過根據(jù)差值控制與電動機(jī)串聯(lián)的雙向晶閘管(triac)(未示出)的導(dǎo)通周期(turn-on period)來改變施加在電動機(jī)上的電壓，從而控制壓縮機(jī)6的運(yùn)行(沖程)。這里，當(dāng)沖程控制器2控制施加電力給電動機(jī)的雙向晶閘管的導(dǎo)通周期時，其使在雙向晶閘管中流動的電流在正(+)相位期間雙向晶閘管的移相角(firing angle)(α1)和在負(fù)(-)相位期間雙向晶閘管的移相角(α2)相等，即α1＝α2。
下面將參照圖1來說明用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置的操作。
首先，電流檢測器4檢測施加在壓縮機(jī)6的電動機(jī)(未示)上的電流并將檢測的電流值輸出到?jīng)_程計(jì)算器5。此時，電壓檢測器3檢測施加在電動機(jī)上的電壓并將檢測的電壓值輸出到?jīng)_程計(jì)算器5。
沖程計(jì)算器5根據(jù)下面表示的公式(1)，基于檢測的電流和電壓值以及電動機(jī)的運(yùn)行參數(shù)來計(jì)算壓縮機(jī)的沖程估計(jì)值(X)，然后將計(jì)算的沖程估計(jì)值(X)應(yīng)用到比較器1X=1α∫(VM-Ri-Li‾)dt---(1)]]>其中“R”是電動機(jī)電阻值，“L”是電動機(jī)電感值，“α”是電動機(jī)常數(shù)，VM是施加在電動機(jī)上的電壓值，“i”是施加在電動機(jī)上的電流值，以及“i”是i的微分值(di/dt)。
其后，比較器1比較沖程估計(jì)值和沖程參考值，并根據(jù)比較結(jié)果將差值應(yīng)用到?jīng)_程控制器2。
沖程控制器2基于差值通過改變施加在壓縮機(jī)6的電動機(jī)上的電壓來控制壓縮機(jī)6的沖程。下面將參照圖2進(jìn)行說明。
圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的方法的流程圖。
首先，當(dāng)沖程估計(jì)值通過沖程計(jì)算器5應(yīng)用到比較器1時(步驟S1)，比較器1比較沖程估計(jì)值和預(yù)先設(shè)定的沖程參考值(步驟S2)并根據(jù)比較結(jié)果將差值輸出到?jīng)_程控制器2。
如果沖程估計(jì)值小于沖程參考值，則沖程控制器2增加施加在電動機(jī)上的電壓以控制壓縮機(jī)的沖程(步驟S3)。但是，如果沖程估計(jì)值大于沖程參考值，則沖程控制器2減小施加在電動機(jī)上的電壓(步驟S4)。在這種情況下，為了增加或減小施加在電動機(jī)上的電壓，控制與電動機(jī)電連接的雙向晶閘管(未示)的導(dǎo)通周期，以將電壓施加到電動機(jī)上。
同時，當(dāng)通過雙向晶閘管控制電動機(jī)時，電動機(jī)中的損耗增加。下面將參考圖3A和圖3B說明其原因。
圖3A和圖3B是表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的施加在往復(fù)式電動壓縮機(jī)的電動機(jī)上的電壓和電流的波形的波形圖。
如圖3A所示，用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置中，當(dāng)向電動機(jī)施加電力的雙向晶閘管的導(dǎo)通周期被控制時，在雙向晶閘管中流動的電壓的正(+)半周期相位期間雙向晶閘管的移相角(α1)和在負(fù)(-)半周期相位期間雙向晶閘管的移相角(α2)被控制為相同。從而，施加在電動機(jī)上的電流的正相位和負(fù)相位變得相對地不對稱。
參考圖3B，不對稱的電流能被分成對稱的AC分量電流和DC分量電流，且DC分量電流增加電動機(jī)的損耗。即，電動機(jī)中的損耗根據(jù)下面表示的公式(2)增加Motorloss＝i2(RAC+RDC)-------(2)其中“i”是施加在電動機(jī)上的電流，“RAC”是由施加在電動機(jī)上的AC分量的電流產(chǎn)生的鐵損和銅損，以及“RDC”是由施加在電動機(jī)上的DC分量的電流產(chǎn)生的銅損。注意AC分量對鐵損和銅損都起作用，而DC分量只對銅損起作用。
如上所述，用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的傳統(tǒng)裝置具有由于使用DC分量的電流而增加電動機(jī)中的損耗的問題。
2004年8月24日公開的美國專利No.6,779,982也揭示了一種傳統(tǒng)的往復(fù)式電動壓縮機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置和方法，該往復(fù)式電動壓縮機(jī)能夠通過消除施加在壓縮機(jī)的電動機(jī)上的DC分量的電流來減小電動機(jī)中的損耗。
為了獲得這些和其它優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的目的，作為此處實(shí)施和廣義的說明，提供了一種用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置，其包括電流積分器，其用于對施加在壓縮機(jī)的電動機(jī)上的交流電在其每一個周期內(nèi)積分；控制器，其用于基于電流的積分值有差別地控制施加在電動機(jī)上的AC電壓在正(+)相位期間雙向晶閘管的移相角和在負(fù)(一)相位期間雙向晶閘管的移相角。
為了達(dá)到上述目的，還提供一種用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置，其包括電流檢測器，其用于檢測施加在往復(fù)式電動壓縮機(jī)的電動機(jī)上的電流；電壓檢測器，其用于檢測施加在電動機(jī)上的電壓；沖程計(jì)算器，其用于基于檢測的電流值和檢測的電壓值計(jì)算往復(fù)式電動壓縮機(jī)的沖程估計(jì)值；電流積分器，其用于在每一個周期中對經(jīng)過電流檢測器檢測的電流積分；比較器，其用于比較沖程估計(jì)值和預(yù)先設(shè)定的沖程參考值，并根據(jù)比較結(jié)果輸出差值；以及控制器，其用于根據(jù)差值控制與電動機(jī)串聯(lián)的開關(guān)器件的導(dǎo)通周期，基于電流的積分值產(chǎn)生用于有差別地控制在施加到該電動機(jī)上的AC電壓的正相位和負(fù)相位期間開關(guān)器件的移相角的控制信號，并將產(chǎn)生的控制信號輸出到開關(guān)器件。
為了達(dá)到上述目的，還提供一種用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的方法，其包括對施加在壓縮機(jī)的電動機(jī)上的交流電在其每一個周期內(nèi)積分；以及基于積分的電流值有差別地控制在施加到電動機(jī)上的AC電壓的正相位期間開關(guān)器件的移相角和在負(fù)相位期間的移相角。
結(jié)合附圖，從以下本發(fā)明的詳細(xì)說明中，本發(fā)明的上述和其它目的、特征、方案和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯。


提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖舉例說明了本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
在附圖中圖1是表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖；圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的方法的流程圖；圖3A和圖3B是表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的施加在往復(fù)式電動壓縮機(jī)的電動機(jī)上的電壓和電流的波形的波形圖；圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的方法的流程圖；以及圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的通過用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置施加在壓縮機(jī)的電動機(jī)上的電壓和電流的波形的波形圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照圖4到圖6說明根據(jù)本發(fā)明的用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置和方法，其能夠通過對施加在電動機(jī)上的交流電在一個周期內(nèi)積分，并基于該電流的積分值有差別地控制在施加于電動機(jī)上的電流的正相位期間雙向晶閘管的移相角和在負(fù)相位期間雙向晶閘管的移相角來消除施加在電動機(jī)上的電流的DC分量，從而減小電動機(jī)損耗。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。
如圖4所示，用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置包括電壓檢測器10，其用于檢測施加在壓縮機(jī)的電動機(jī)(M)上的電壓；電流檢測器20，其用于檢測施加在壓縮機(jī)的電動機(jī)(M)上的電流；沖程計(jì)算器30，其用于基于檢測的電流和電壓值計(jì)算壓縮機(jī)的沖程估計(jì)值；電流積分器60，其用于對通過電流檢測器20檢測到的電流在一個周期中積分；比較器40，其用于比較沖程估計(jì)值和預(yù)先設(shè)定的沖程參考值并根據(jù)比較結(jié)果輸出差值；以及控制器50，其用于根據(jù)差值控制與電動機(jī)串聯(lián)的雙向晶閘管Tr的導(dǎo)通周期，基于電流的積分值產(chǎn)生用于有差別地控制在施加于電動機(jī)上的電壓的正相位期間和負(fù)相位期間雙向晶閘管Tr的移相角的控制信號，并將產(chǎn)生的控制信號輸出到雙向晶閘管。這里，通過控制信號導(dǎo)通雙向晶閘管，并且雙向晶閘管能用其它例如逆變器(inverter)的適當(dāng)?shù)拈_關(guān)器件替換。
與現(xiàn)有技術(shù)一樣，控制器50根據(jù)差值控制在施加于電動機(jī)上的電壓的正相位期間雙向晶閘管Tr的移相角。但是，如果電流的積分值大于“0”，則控制器50減小在電壓的負(fù)相位期間雙向晶閘管Tr的移相角，而如果電流的積分值小于“0”，則控制器50增加在電壓的負(fù)相位期間雙向晶閘管Tr的移相角。
當(dāng)在一個周期內(nèi)施加給電動機(jī)的電流的正相位和負(fù)相位不對稱時，在一個周期內(nèi)施加給電動機(jī)的電流的積分值小于或大于“0”。當(dāng)在一個周期內(nèi)施加給電動機(jī)的電流的正相位和負(fù)相位對稱時，在一個周期內(nèi)施加給電動機(jī)的電流的積分值等于“0”。另外，當(dāng)施加在電動機(jī)上的電流的正相位和負(fù)相位對稱時，保持電流的AC分量而消除產(chǎn)生銅損的電流的DC(偏移)分量。即，在本發(fā)明中，將用于有差別地控制在施加于電動機(jī)上的電壓的正相位期間雙向晶閘管的移相角和在負(fù)相位期間雙向晶閘管的移相角的控制信號應(yīng)用于雙向晶閘管，以向電動機(jī)提供對稱電流分量的波形。
參考圖4和圖5詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置的操作。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的方法的流程圖。
首先，電流檢測器20檢測施加在壓縮機(jī)的電動機(jī)(M)上的電流并將檢測的電流值輸出到?jīng)_程計(jì)算器30和電流積分器60(步驟S11)。此時，電壓檢測器10檢測施加在壓縮機(jī)的電動機(jī)(M)上的電壓并將檢測的電壓值輸出到?jīng)_程計(jì)算器30。
沖程計(jì)算器30基于從電流檢測器20輸出的電流值和從電壓檢測器20輸出的電壓值來計(jì)算壓縮機(jī)的沖程。
其后，電流積分器60對從電流檢測器20輸出的電流值積分并將電流的積分值輸出到控制器50。即，電流積分器60在每一個周期中對施加到電動機(jī)上的電流積分并將電流的積分值輸出到控制器50(步驟S12)。
同時，比較器40比較沖程估計(jì)值和沖程參考值并根據(jù)比較結(jié)果輸出差值。
控制器50根據(jù)差值控制與電動機(jī)串聯(lián)的雙向晶閘管Tr的導(dǎo)通周期。此時，控制器50根據(jù)從比較器40輸出的差值控制在電壓的正相位期間雙向晶閘管的移相角。
如果電流的積分值小于“0”，則控制器50增加在電壓的負(fù)相位期間雙向晶閘管的移相角(步驟S13和S14)，而如果電流的積分值大于“0”，則控制器50減小在電壓的負(fù)相位期間雙向晶閘管的移相角(步驟S15)。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的通過用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置施加在壓縮機(jī)的電動機(jī)上的電壓和電流的波形的波形圖。
如圖6所示，有差別地控制在施加于電動機(jī)的電壓的正相位期間雙向晶閘管的移相角(α1)和在負(fù)相位期間的移相角(α3)，以消除施加在壓縮機(jī)的電動機(jī)上的電流的DC分量，由此，施加在電動機(jī)上的電流的正相位和負(fù)相位變?yōu)閷ΨQ且將這種電流施加到電動機(jī)上，減小電動機(jī)的損耗。
因而，在本發(fā)明中，簡單地說，在施加于電動機(jī)上的電壓的正相位期間雙向晶閘管的移相角和在負(fù)相位期間雙向晶閘管的移相角被控制為不相同，且對施加在電動機(jī)上的電流在每一個周期內(nèi)積分，于是，如果電流的積分值大于“0”，則減小在電壓的負(fù)相位期間雙向晶閘管的移相角(α3)，而如果電流的積分值小于“0”，則增加在電壓的負(fù)相位期間雙向晶閘管的移相角(α3)，以使施加在電動機(jī)上的電流的正相位和負(fù)相位變?yōu)閷ΨQ。由于電流的正相位和負(fù)相位對稱，所以施加在電動機(jī)上的電流中沒有DC偏移分量出現(xiàn)。這里，優(yōu)選在正電壓相位期間的移相角(α1)與現(xiàn)有技術(shù)相同。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置和方法具有以下優(yōu)點(diǎn)由于在施加于壓縮機(jī)的電動機(jī)上的AC電壓的正相位期間的移相角和在負(fù)相位期間的移相角可被適當(dāng)?shù)乜刂茷椴煌?，所以能使施加在電動機(jī)上的電流的正相位和負(fù)相位對稱。即，通過使施加在電動機(jī)上的電流的正相位和負(fù)相位變得對稱來避免DC分量施加給電動機(jī)，從而能減小電動機(jī)中的損耗。
由于在不脫離本發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)特征的情況下可以以多種形式實(shí)施本發(fā)明，因此除非特別指出，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)被理解為上述實(shí)施例并不局限于上述說明中的任一細(xì)節(jié)，而應(yīng)該在所附權(quán)利要求書限定的精神和范圍內(nèi)被廣泛解釋，因此所有屬于該權(quán)利要求書的界限和范圍及其等效界限和范圍內(nèi)的改動和修正都應(yīng)涵蓋在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于控制電動壓縮機(jī)的運(yùn)行的裝置，包括電流積分器，其用于對施加在壓縮機(jī)的電動機(jī)上的交流電在電流的每一個周期內(nèi)積分；控制器，其用于基于該電流的積分值獨(dú)立地控制雙向晶閘管的移相角，在施加到該電動機(jī)上的交流電壓的正相位和負(fù)相位期間所述電流通過該雙向晶閘管施加在所述電動機(jī)上。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該控制器能使在正相位期間的移相角和在負(fù)相位期間的移相角不相同，以使施加在該電動機(jī)上的該電流的正相位和負(fù)相位對稱。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，電動機(jī)該控制器能使在正相位期間的移相角和在負(fù)相位期間的移相角不相同，以抑制施加到該電動機(jī)上的電流中的任何直流分量。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，如果該電流的積分值大于“0”，則該控制器減小該交流電壓在負(fù)相位期間的移相角，而如果該電流的積分值小于“0”，則該控制器增加該交流電壓在負(fù)相位期間的移相角。
5.一種用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)的運(yùn)行的裝置，包括電流檢測器，其用于檢測施加在該往復(fù)式電動壓縮機(jī)的電動機(jī)上的電流；電壓檢測器，其用于檢測施加在該電動機(jī)上的交流電壓；沖程計(jì)算器，其用于基于檢測的電流值和檢測的電壓值計(jì)算該往復(fù)式電動壓縮機(jī)的沖程估計(jì)值；電流積分器，其用于在每一個周期中對經(jīng)過該電流檢測器檢測的電流積分；比較器，其用于比較該沖程估計(jì)值和預(yù)先設(shè)定的沖程參考值，并根據(jù)比較結(jié)果輸出差值；以及控制器，其用于根據(jù)該差值控制與該電動機(jī)串聯(lián)的開關(guān)器件的導(dǎo)通周期，基于該電流的積分值產(chǎn)生用于獨(dú)立地控制在施加到該電動機(jī)上的交流電壓的正相位和負(fù)相位期間開關(guān)器件的移相角的控制信號，并將產(chǎn)生的控制信號輸出到該開關(guān)器件。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，該開關(guān)器件為一逆變器。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，該開關(guān)器件為一雙向晶閘管。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，該雙向晶閘管由該控制信號導(dǎo)通。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，該控制器能使在正相位期間的移相角和在負(fù)相位期間的移相角不相同，以使施加在該電動機(jī)上的電流的正相位和負(fù)相位對稱。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，該控制器能使在正相位期間的移相角和在負(fù)相位期間的移相角不相同，以抑制施加到該電動機(jī)上的電流中的任何直流分量。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，如果該電流的積分值大于“0”，則該控制器向雙向晶閘管輸出控制信號以減小在該電壓的負(fù)相位期間的移相角，而如果該電流的積分值小于“0”，則該控制器向雙向晶閘管輸出控制信號以增加在該電壓的負(fù)相位期間的移相角。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，當(dāng)在該電壓的負(fù)相位期間的該移相角增加或減小時，在正相位期間的該移相角不變。
13.一種用于控制往復(fù)式電動機(jī)壓縮機(jī)的運(yùn)行的方法，包括對施加給壓縮機(jī)的電動機(jī)的交流電在其每一個周期內(nèi)積分；以及基于該電流的積分值，在施加到該電動機(jī)上的交流電壓的正相位期間和在負(fù)相位期間，有差別地控制用于開關(guān)施加到該電動機(jī)上的電流的開關(guān)器件的導(dǎo)通時間。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，在正相位期間和負(fù)相位期間有差別地控制該導(dǎo)通時間的步驟包括如果電流的積分值大于“0”，則減小在該電壓的負(fù)相位期間開關(guān)器件的移相角；以及如果電流的積分值小于“0”，則增加在該電壓的負(fù)相位期間開關(guān)器件的移相角。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，當(dāng)在該電壓的負(fù)相位期間的該移相角增加或減小時，在正相位期間的該移相角不變。
全文摘要
一種用于控制往復(fù)式電動壓縮機(jī)運(yùn)行的裝置，其包括電流積分器，其用于對施加在壓縮機(jī)的電動機(jī)上的交流電在其每一個周期內(nèi)積分；控制器，其用于基于電流的積分值有差別地控制在施加在電動機(jī)上的AC電壓的正(+)相位期間雙向晶閘管的移相角和在負(fù)(－)相位期間雙向晶閘管的移相角。電動機(jī)中的損耗能通過避免施加在壓縮機(jī)的電動機(jī)上的電流中的DC分量的出現(xiàn)而減小。
文檔編號H02K33/00GK1786473SQ20051008459
公開日2006年6月14日 申請日期2005年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者金亨柱, 許慶范, 李徹雄 申請人:Lg電子株式會社