CN1858448A - 用于控制往复式压缩机运行的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于控制往复式压缩机运行的装置和方法，其通过产生用以补偿该往复式压缩机的冲程参考值与冲程估计值之间差值的电流幅值、并以正弦波形式将该电流幅值输出到该往复式压缩机，能够防止施加到该往复式压缩机的电流失真。该用于控制往复式压缩机运行的装置产生用于补偿该往复式压缩机的冲程参考值与冲程估计值之间差值的电流幅值，并以正弦波形式将该电流幅值输出到该往复式压缩机。

Description

用于控制往复式压缩机运行的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种压缩机，更具体地，涉及一种用于控制往复式压缩机运行的装置和方法。

背景技术

通常，往复式压缩机(此后为简明起见，将“往复式马达压缩机”称之为往复式压缩机)通过不具有曲柄轴的线性往复式电动马达来运行以将旋转运动转化为线性运动，其具有较小的摩擦损耗，从而能够提供比其它压缩机更高的压缩效率。

当将往复式马达压缩机用于电冰箱或空调时，能够通过改变施加到往复式压缩机马达的冲程电压来改变压缩机的压缩率，从而控制制冷能力。

现在参照图1描述往复式马达压缩机的传统控制方式。

图1是示出根据传统技术用于控制往复式压缩机运行的装置的结构框图。

如图1所示，用于控制往复式压缩机运行的传统装置包括：电流检测器6，其用于检测施加到往复式压缩机4的马达(未示出)的电流；电压检测器6，其用于检测施加到该马达的电压；冲程计算器7，其用于基于检测的电流值、检测的电压值和该马达的参数来计算该往复式压缩机的冲程估计值；第一比较器8，其用于比较计算的冲程估计值与预设的冲程参考值，并根据比较结果输出第一差值；第二比较器1，其用于比较施加到该往复式压缩机4的电流工作频率和工作频率参考值，并根据比较结果输出第二差值；冲程控制器2，其基于自第一比较器8输出的第一差值来输出用于改变施加到该压缩机的马达的电压的电压控制信号，并基于自第二比较器1输出的第二差值产生改变该电流工作频率的工作频率控制信号；以及变换器3，其用于根据冲程控制器2的工作频率控制信号来改变电流工作频率，并根据该电压控制信号来改变施加到该马达的电压。

这里，基于施加到往复式压缩机4的电流值和冲程估计值来检测该往复式压缩机的机械共振频率，并且将检测的机械共振频率确定为工作频率参考值。

现在将描述用于控制往复式压缩机运行的装置的运作。

首先，电流检测器6检测施加到往复式压缩机4的马达(未示出)的电流，并将检测到的电流值输出到冲程计算器7。这时，电压检测器5检测施加到该马达的电压并将检测到的电压值输出到冲程计算器7。

冲程计算器7通过将检测到的电流值、检测的电压值和该马达的参数输入如下所示公式(1)来计算往复式压缩机4的冲程估计值(X)，并将计算的冲程估计值(X)施加到该第一比较器8。

$X=\frac{1}{\mathrm{\α}}\∫(V_M-\mathrm{Ri}-L\stackrel{\‾}{i})\mathrm{dt}...\left(1\right)$

其中“R”是马达电阻值，“L”是马达电感值，“α”是马达常数，V_M是施加到马达的电压值，“i”是施加到该马达的电流值，以及 i是施加到该马达的电流时间变化率，也就是“i”的微分值(di/dt)。

之后，第一比较器8比较冲程估计值和冲程参考值，并根据该比较结果将第一差值施加到冲程控制器2。

同时，第二比较器1比较电流工作频率和工作频率参考值，并根据该比较结果将第二差值施加到冲程控制器2。

冲程控制器2基于从第一比较器8输出到变换器3的第一差值，输出用于改变施加到该往复式压缩机马达的电压的电压控制信号，并基于从第二比较器1输出到变换器3的第二差值，输出用于改变电流工作频率的工作频率控制信号。

变换器3根据工作频率控制信号来改变电流工作频率，并根据该电压控制信号来改变施加到该马达的电压。

图2是示出当通过使用根据传统技术用于控制往复式压缩机运行的装置来控制往复式压缩机时，施加到该往复式压缩机马达的电流波形图。

如图2所示，当输入到该用于控制往复式压缩机运行的装置的电压较低时或当负载变化时，施加到该往复式压缩机的马达的电流波形严重失真。

例如，用于控制该往复式压缩机运行的传统装置控制施加到该往复式压缩机的电压，而不控制通过该往复式压缩机的电流的波形。因而，当输入到该用于控制往复式压缩机运行的装置的电压较低时或当负载变化时，施加到该往复式压缩机的马达的电流波形严重失真。此外，由于施加到该往复式压缩机马达的电流波形不是正弦波(因为该电流波形失真)，当基于施加到往复式压缩机的电流值和冲程估计值来检测该往复式压缩机的机械共振频率时，由于施加到该往复式压缩机的电流的谐波分量，会产生误差并降低该往复式压缩机的效率。

如上所述，用于控制往复式压缩机运行的传统装置具有以下问题。

也就是，当输入到用于控制往复式压缩机运行的装置的电压较低时或当负载变化时，施加到该往复式压缩机的马达的电流波形严重失真。因此，当基于施加到往复式压缩机的电流值和冲程估计值来检测该往复式压缩机的机械共振频率时，由于施加到往复式压缩机的电流的谐波分量，会产生误差并降低该往复式压缩机的效率。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置和方法，其能够产生电流幅值并将其以正弦波形式输出到该往复式压缩机，从而防止施加到该往复式压缩机的电流失真，其中该电流幅值用于补偿往复式压缩机的冲程参考值与冲程估计值之间差值。

本发明的另一目的是提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置和方法，其能够精确地检测该往复式压缩机的机械共振频率，其中该检测是基于施加到往复式压缩机的电流值和用于防止施加到往复式压缩机的电流失真而施加到该压缩机的冲程估计值进行的。

本发明的又一目的是提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置和方法，其能够避免由于施加到往复式压缩机的电流的谐波分量而产生的效率降低，其中该谐波分量用于防止施加到往复式压缩机的电流的失真。

为了实现这些和其它优点并根据本发明的目的，如在此具体实施和广泛描述的，本发明提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置，该装置产生电流幅值并以正弦波形式将电流幅值输出到该往复式压缩机，其中该电流幅值用于补偿往复式压缩机的冲程参考值和冲程估计值之间差值的。

为达到上述目的，本发明还提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置，该装置包括：电流检测器，其用于检测施加到往复式压缩机马达的电流；电压检测器，其用于检测施加到该马达的电压；冲程计算器，其用于基于该检测到的电流值、该检测到的电压值和该马达的参数来计算该往复式压缩机的冲程估计值；第一比较器，其用于比较该计算的冲程估计值与预设的冲程参考值，并根据该比较结果输出第一差值；电流幅值产生器，其用于产生用以补偿该第一差值的电流幅值，并以正弦波形式输出该电流幅值；电流控制器，其用于比较该电流幅值与该检测到的电流值，并产生用于补偿根据该比较结果得到的第二差值的脉宽调制信号；以及变换器，其用于根据该脉宽调制信号来改变待施加于该马达的电流幅度。

为达到上述目的，本发明还提供一种用于控制往复式压缩机运行的装置，该装置包括：电流检测器，其用于检测施加到往复式压缩机马达的电流；电压检测器，其用于检测施加到该马达的电压；冲程计算器，其基于该检测到的电流值、该检测到的电压值和该马达的参数来计算该往复式压缩机的冲程估计值；第一比较器，其用于比较该计算的冲程估计值与预设的冲程参考值，并根据该比较结果输出第一差值；第一比例积分(PI)控制器，其通过基于该第一差值执行比例积分控制来产生用于补偿该第一差值的电流幅值；控制器，其用于从存储单元读取预先存储的对应于该电流幅值的电流正弦表值，并基于该读取的正弦表值产生具有正弦波的电流幅值；第二比较器，其用于比较具有该正弦波的电流幅值与该检测到的电流值，并根据该比较结果输出第二差值；第二比例积分控制器，其基于自该第二比较器输出的第二差值执行比例积分控制，并将用于补偿该第二差值的脉宽调制信号施加到变换器；以及变换器，其用于根据该脉宽调制信号来改变待施加到该马达的电流幅度，其中该控制器通过使对应于该电流幅值的电流波形与对应于工作频率参考值的工作频率同步来输出具有正弦波的该电流幅值。

为达到上述目的，本发明还提供一种用于控制往复式压缩机运行的方法，该方法包括：产生电流值，该电流值用于补偿该往复式压缩机的冲程参考值与冲程估计值之间的差值；以及以正弦波形式将该电流值输出至该往复式压缩机。

为达到上述目的，本发明还提供一种用于控制往复式压缩机运行的方法，该方法包括：检测施加到往复式压缩机马达的电流；检测施加到该马达的电压；基于该检测到的电流值、该检测到的电压值和该马达的参数来计算该往复式压缩机的冲程估计值；比较该计算的冲程估计值与预设的冲程参考值，并根据该比较结果输出第一差值；产生用于补偿该第一差值的电流幅值，并以正弦波形式输出该电流幅值；比较该电流幅值与该检测到的电流值，并产生用于补偿根据比较结果得到的第二差值的脉宽调制信号；以及根据该脉宽调制信号来改变待施加到该马达的电流幅度。

从以下结合附图对本发明的详细描述中，本发明前述的和其它目的、特征、方案和优点将变得更清楚。

附图说明

附图用于提供对本发明的进一步理解并构成本说明书的一部分，其示出了本发明的实施例并与说明书一起用来解释本发明的原理。

在附图中：

图1是示出根据传统技术用于控制往复式压缩机运行的装置的结构框图；

图2示出当通过使用根据传统技术用于控制往复式压缩机运行的装置来控制该往复式压缩机时，施加到该往复式压缩机马达的电流波形；

图3是示出根据本发明用于控制往复式压缩机运行的装置的框图；

图4是示出根据本发明用于控制往复式压缩机运行的方法的流程图；以及

图5示出当通过使用根据本发明用于控制往复式压缩机运行的装置来控制该往复式压缩机时，施加到该往复式压缩机马达的电流波形。

具体实施方式

下面参照图3至图5描述根据本发明的用于控制往复式压缩机运行的装置和方法，其通过产生用于补偿该往复式压缩机的冲程参考值与冲程估计值之间差值的电流幅值，并以正弦波形式将该电流幅值输出到该往复式压缩机，能够防止施加到该往复式压缩机的电流失真。

图3是示出根据本发明用于控制往复式压缩机运行的装置的框图。如图3所示，用于控制往复式压缩机运行的装置包括：电流检测器70，其用于检测施加到往复式压缩机60的马达的电流；电压检测器80，其用于检测施加到该马达的电压；冲程计算器90，其用于基于该检测到的电流值、该检测到的电压值和该马达的参数来计算该往复式压缩机60的冲程估计值；第一比较器10，其用于比较该计算的冲程估计值与预设的冲程参考值，并根据该比较结果输出差值；电流幅值产生器20，其用于产生补偿该第一比较器10的差值的电流幅值，并根据工作频率参考值输出该电流幅值；电流控制器40，其用于比较该电流幅值与该电流检测器70已检测到的电流值，并产生用于补偿根据该比较结果得到的差值的脉宽调制信号；以及变换器50，其用于根据自电流控制器40输出的该脉宽调制信号来改变待施加到该马达的该电流幅度。这里，基于施加到该往复式压缩机60的电流值和该冲程估计值来检测该往复式压缩机60的机械共振频率，并且将该检测到的机械共振频率确定为该工作频率参考值。

同时，基于本发明的技术主旨，本领域的技术人员能够以各种方式实现下述方法，即产生用于补偿往复式压缩机60的冲程参考值与冲程估计值之间的差值的电流幅值，并以正弦波形式将该电流幅值输出到该往复式压缩机。下面，将参照图3和图4详细描述用于控制该往复式压缩机运行的装置的优选实施例。

图4是示出根据本发明用于控制往复式压缩机运行的方法的流程图。

首先，电流检测器70检测施加到该往复式压缩机60的马达的电流并将该检测到的电流值施加到该冲程计算器90。这时，电压检测器80检测施加到该马达的电压并将该检测到的电压值施加到该冲程计算器90(步骤S11)。

冲程计算器90基于该检测到的电压值、该检测到的电流值和该马达的参数来计算冲程估计值，并将该计算的冲程估计值输出到该第一比较器10(步骤S12)。

第一比较器10比较该冲程估计值与预设的冲程参考值，并将根据该比较结果得到的差值施加到该电流幅值产生器20。

电流幅值产生器20产生用以补偿自该第一比较器10输出的差值的电流幅值，并将该产生的电流幅值输出到该电流控制器40。例如，该电流幅值产生器20的第一比例积分(PI)控制器21基于输出第一比较器10自的差值执行比例积分控制以产生用于补偿该差值的电流幅值，并将该电流幅值输出到控制器22。

该电流幅值产生器20的控制器22通过使用自第一比例积分控制器21输出的电流幅值和预先存储在正弦表存储单元30中的正弦表值来产生具有正弦波的电流幅值。例如，该电流幅值产生器20的控制器22从该正弦表存储单元30读取对应于该电流幅值的该电流的正弦表值，并基于该读取的正弦表值产生具有该正弦波的电流幅值(步骤S13)。这里，该正弦表存储单元30预先以正弦表的形式存储通过几次试验预先设置的电流幅值。这时，优选地，该控制器2通过使对应于该电流幅值的电流波形与对应于工作频率参考值的工作频率同步来输出该电流幅值。

之后，电流控制器40比较自该控制器22输出的该电流幅值与该电流检测器70检测的该电流值，根据该比较结果检测差值(步骤S14)，产生用于补偿该差值的脉宽调制信号，并将该产生的脉宽调制信号施加到该变换器50。

例如，该电流控制器40的第二比较器41比较具有正弦波的该电流幅值与该检测到的电流值，并将根据该比较结果得到的差值输出到第二比例积分控制器42。

该电流控制器40的比例积分控制器42基于自该第二比较器42输出的差值执行比例积分控制，并将用于补偿该差值的该脉宽调制信号施加到该变换器50。这时，施加到该马达的电流波形是正弦波(步骤S15)。

变换器50根据自该电流控制器40输出的该脉宽调制信号和该工作频率来改变施加到该马达的电流幅度(步骤S16)。也就是说，参照上述用于控制往复式压缩机运行的传统装置，因为它不控制通过该往复式压缩机的电流波形，所述当输入电压较低或当负载变化时，施加到该往复式压缩机的该电流波形严重失真。但是与之相，在本发明中，将用于补偿冲程参考值与冲程估计值之间的差值的电流值以正弦波的形式输出，并将用于补偿正弦波形式的该电流值与施加到该往复式压缩机的该电流值之间差值的脉宽调制信号施加到该变换器，从而当输入到用于控制该往复式压缩机运行的装置的电压较低或当负载变化时，能够保持施加到该往复式压缩机马达的电流波形。因而，当基于施加到该往复式压缩机的电流值和冲程估计值检测该往复式压缩机的机械共振频率时，不会出现误差，并且不会出现由于施加到往复式压缩机的电流的谐波分量导致该往复式压缩机效率降低的情况。

图5示出当通过使用根据本发明用于控制往复式压缩机运行的装置来控制该往复式压缩机时，施加到该往复式压缩机马达的电流波形。

如图5所示，即使当输入到用于控制该往复式压缩机运行的装置的电压较低或即使当负载变化时，施加到该往复式压缩机马达的电流波形也不会失真。

如上所述，本发明的用于控制该往复式压缩机运行的装置和方法具有很多优点。

也就是说，例如，因为产生了用于补偿该往复式压缩机的冲程参考值与冲程估计值之间差值的电流幅值，并将其以正弦波的形式输出到该往复式压缩机，所以当输入到用于控制往复式压缩机运行的装置的电压较低或当负载变化时，能够防止施加到该往复式压缩机的电流失真。

第二，由于防止了施加到该往复式压缩机的电流的失真，基于施加到该往复式压缩机的电流值和该冲程估计值，能够精确地检测该往复式压缩机的机械共振频率。

第三，由于防止了施加到该往复式压缩机的电流的失真，能够防止由于施加到往复式压缩机的电流的谐波分量而产生的效率降低。

在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以实施为多种形式。应当理解，除非另有限定，上述实施例并不受限于前面描述的任何细节，而可以在所附权利要求书所限定的精神和范围内进行广泛解释。因此，落入权利要求书的边界和范围内或者与这些边界和范围等同的范围内的所有变化和修改都应包含于所附权利要求书中。

Claims (14)

1.一种用于控制往复式压缩机运行的装置，该装置产生电流幅值并以正弦波形式将该电流幅值输出到该往复式压缩机，其中该电流幅值用于补偿该往复式压缩机的冲程参考值与冲程估计值之间的差值。

2.如权利要求1所述的装置，其包括：

第一比较器，其用于比较该冲程估计值与预设的冲程参考值，并根据该比较结果输出第一差值；

电流幅值产生器，其用于产生用以补偿该第一差值的电流幅值，并以正弦波形式输出该电流幅值；

电流控制器，其用于比较该电流幅值与施加到该往复式压缩机的电流值，并产生脉宽调制信号，该脉宽调制信息用于补偿根据该比较结果得到的第二差值；以及

变换器，其用于根据该脉宽调制信号来改变待施加到该马达的电流幅度。

3.一种用于控制往复式压缩机运行的装置，其包括：

电流检测器，其用于检测施加到往复式压缩机马达的电流；

电压检测器，其用于检测施加到该马达的电压；

冲程计算器，其基于该检测的电流值、该检测的电压值和该马达的参数来计算该往复式压缩机的冲程估计值；

第一比较器，其用于比较该计算的冲程估计值与预设的冲程参考值，并根据该比较结果输出第一差值；

电流幅值产生器，其产生用于补偿该第一差值的电流幅值，并以正弦波形式输出该电流幅值；

电流控制器，其用于比较该电流幅值与该检测的电流值，并产生脉宽调制信号，该脉宽调制信好用于补偿根据该比较结果得到的第二差值；以及

变换器，其用于根据该脉宽调制信号来改变待施加到该马达的电流幅度。

4.如权利要求3所述的装置，其中该电流幅值产生器包括：

第一比例积分控制器，其通过基于自该第一比较器输出的第一差值执行比例积分控制，产生用于补偿该第一差值的电流幅值；以及

控制器，其用于从存储单元读取与自该第一比例积分控制器输出的电流幅值相对应的正弦表值，并基于该读取的正弦表值产生具有正弦波的电流幅值。

5.如权利要求4所述的装置，其中该控制器通过使对应于该电流幅值的电流波形与对应于工作频率参考值的工作频率同步来输出该电流幅值。

6.如权利要求4所述的装置，其中该电流控制器包括：

第二比较器，其用于比较所述具有正弦波的电流幅值与该检测到的电流值，并根据该比较结果输出第二差值；以及

第二比例积分控制器，其基于自该第二比较器输出的第二差值执行比例积分控制，并将用于补偿该第二差值的脉宽调制信号施加给该变换器。

7.一种用于控制往复式压缩机运行的装置，其包括：

电流检测器，其用于检测施加到往复式压缩机马达的电流；

电压检测器，其用于检测施加到该马达的电压；

冲程计算器，其用于基于该检测到的电流值、该检测到的电压值和该马达的参数来计算该往复式压缩机的冲程估计值；

第一比较器，其用于比较该计算的冲程估计值与预设的冲程参考值，并根据该比较结果输出第一差值；

第一比例积分控制器，其用于通过基于该第一差值执行比例积分控制，产生用于补偿该第一差值的电流幅值；

控制器，其用于从存储单元读取预先存储的、对应于该电流幅值的电流正弦表值，并基于该读取的正弦表值产生具有正弦波的电流幅值；

第二比较器，其用于比较所述具有正弦波的电流幅值与该检测到的电流值，并根据该比较结果输出第二差值；

第二比例积分控制器，其用于基于自该第二比较器输出的第二差值执行比例积分控制，并将用于补偿该第二差值的脉宽调制信号施加给变换器；以及

所述变换器，其用于根据该脉宽调制信号来改变待施加到该马达的电流幅度，

其中该控制器通过使对应于该电流幅值的电流波形与对应于工作频率参考值的工作频率同步来输出所述具有正弦波的电流幅值。

8.如权利要求7所述的装置，其中该工作频率参考值是基于施加到该马达的电流值和该冲程估计值而检测到的往复式压缩机的机械共振频率。

9.一种用于控制往复式压缩机运行的方法，其包括如下步骤：

产生第一电流值，该第一电流值用于补偿该往复式压缩机的冲程参考值与冲程估计值之间的差值；以及

以正弦波形式将该第一电流值输出到该往复式压缩机。

10.如权利要求9所述的方法，其中产生该第一电流值的所述步骤包括：

比较该冲程估计值与预设的冲程参考值，并根据该比较结果输出第一差值；

以正弦波形式输出用于补偿该第一差值的第一电流值；

比较该第一电流值与施加到该往复式压缩机的第二电流值，并产生脉宽调制信号，该脉宽调制信号用于补偿根据该比较结果得到的第二差值；以及

根据该脉宽调制信号来改变待施加到该往复式压缩机的电流。

11.一种用于控制往复式压缩机运行的方法，其包括如下步骤：

检测施加到往复式压缩机马达的电流；

检测施加到该马达的电压；

基于该检测到的电流值、该检测到的电压值和该马达的参数来计算该往复式压缩机的冲程估计值；

比较该计算的冲程估计值与预设的冲程参考值，并根据该比较结果输出第一差值；

产生用于补偿该第一差值的电流幅值，并以正弦波形式输出该电流幅值；

比较该电流幅值与该检测到的电流值，并产生脉宽调制信号，该脉宽调制信号用于补偿根据该比较结果得到的第二差值；以及

根据该脉宽调制信号来改变待施加到该马达的电流幅度。

12.如权利要求11所述的方法，其中以正弦波形式输出该电流幅值的所述步骤包括：

基于该第一差值执行比例积分控制，以产生用于补偿该第一差值的该电流幅值；以及

读取预先存储的、对应于该电流幅值的正弦表值，并基于该读取的正弦表值输出具有该正弦波的电流幅值。

13.如权利要求12所述的方法，其中，在输出具有该正弦波的电流幅值的所述步骤中，通过使对应于该电流幅值的电流波形与对应于工作频率参考值的工作频率同步来输出该电流幅值。

14.如权利要求13所述的方法，其中产生该脉宽调制信号的所述步骤包括：

比较具有该正弦波的电流幅值与该检测到的电流值，并根据该比较结果输出该第二差值；

通过基于该第二差值执行比例积分控制，产生用于补偿该第二差值的脉宽调制信号。

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