适用于冷却系统的用于谐振线性压缩机的控制方法和用于谐振线性压缩机的电子控制系统

摘要

本发明涉及一种用于谐振线性压缩机的控制方法和系统，其特别适用于控制冷却系统的能力。这样的方法基本上包括以下步骤：a)读取所述压缩机(100)的电动机的参考操作功率(IMED)；b)测量压缩机(100)的电动机的操作电流(IMED)；c)测量所述压缩机(100)的控制模块的操作电压；d)作为在步骤b)中测量的操作电流(IMED)和在步骤c)中获得的操作电压的函数来计算所述压缩机(100)的电动机的输入功率(PMED)；e)将在前述步骤中计算的输入功率(PMED)与所述参考操作功率(Pref)比较；f)如果所述参考操作功率(PREF)比所述输入功率(PMED)高，则提高所述压缩机的操作电压(UC)；g)如果所述参考操作功率(Pref)比所述输入功率(PMED)低，则降低所述压缩机的操作电压(UC)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于谐振线性压缩机的控制方法和系统，这种设 备适用于冷却系统以便控制其能力。

所提出的解决方案利用了优化控制，其基本上在压缩机的与针对 所述设备供应和/或计算的参考功率相比较的入口功率上得到支持。

背景技术

交替活塞式压缩机通过凭借其活塞的轴向移动压缩汽缸内部的 气体来产生压力，使得低压侧的气体(吸入压力或蒸发压力)将通过吸 入阀进入汽缸。

所述气体又通过活塞移动在汽缸内部被压缩，并且在压缩之后， 它通过排出阀从汽缸出来进入高压侧(排出压力或凝结压力)。

对于谐振线性压缩机来说，活塞由线性致动器制动，所述线性致 动器由支承部和可由一个或多个绕组制动的磁铁、将可移动部件(活 塞、支承部和磁铁)连接到固定部件(汽缸、定子、绕组、封盖和框架) 的一个或多个弹簧形成。可移动部件和弹簧形成压缩机的谐振组件。

然后，由线性电动机制动的谐振组件具有产生线性交替移动的功 能，使汽缸内部的活塞移动施加压缩动作以便压缩通过吸入阀接受的 气体，直到其能够通过排出阀排出到高压侧的点。

线性压缩机的操作幅度通过由电动机产生的功率与由机构在压 缩气体时消耗的功率的平衡来调节。以这种方式，不存在对于活塞位 移的最大幅度所定义的极限，并且有必要测量或者估计最大位移，使 得控制系统能够安全地制动压缩机并且防止活塞对冲程终点的机械 冲击。这种冲击可能产生压缩机的效率损失、声音噪声以及故障。

谐振线性压缩机的另一重要特性是它们的制动频率，因为这样的 一件设备被设计用于在组件的所谓质量/弹力系统的谐振频率下起作 用。在这种情况下，设备的效率是最大的，总质量等于可移动部件(活 塞、支承部以及磁铁)的质量的和，并且所谓的等效弹力等于系统的谐 振弹力加由气体压缩力所产生的气体弹力的和。

所述气体压缩力具有与可变并且非线性的弹力类似的行为，其取 决于冷却系统的蒸发压力和凝结压力，并且还取决于在系统中所使用 的气体。

当系统在谐振频率下操作时，电动机电流与位移正交，或者电动 机电流与电动机的反电动势同相，因为后者与得自位移的反电动势成 比例。

因为制动频率被调节为谐振频率，所以众所周知，为了改变冷却 能力，有必要改变活塞位移的幅度，从而改变每个循环置换的气体体 积和压缩机的冷却能力。

目前在用于控制能力的现有技术中可用的多数解决方案将测量 或估计冲程的解决方案与控制最大位移的系统结合，调节这个位移以 便修改冷却能力。

因此，对于获得压缩机冲程所提出的解决方案是位置传感器的使 用，诸如在文献PI0001404-4、PI0203724-6、US 5,897,296、JP 1336661 以及US 5,897,269中所描述的解决方案。

应指出的是，具有用于测量冲程的位置传感器的所有解决方案具 有更高的复杂性、提升更多的冲程，此外还需要到压缩机的更多电线 和外部连接。因为冷却压缩机是密封的并且可能遭受高温和高压，所 以除了压缩机的内部环境还遭受大范围的温度变化的事实之外，对于 额外连接的需要是一大难点，这也使传感器的使用变得困难。此外， 可能存在对于在生产期间或在其运行期间校准所述传感器的过程的 需要。

其他解决方案不使用位置传感器，像专利US 5,342,176、US  5,496,193、US 4,642,547的那些。与之前提及的三个解决方案类似， 文献US 6,176,683、KR 96-79125以及KR 96-15062在它们的对象上 也不采用位置传感器。

因此，应指出的是，没有位置传感器的解决方案具有良好的准确 性或操作稳定性，而且一般而言，需要其他类型的传感器，诸如温度 传感器或用于检测冲击的加速度计。此外，压缩机的构建还可能需要 使压缩机对机械冲击更有抵抗力的机械解决方案，所述机械冲击通常 损害压缩机的性能或者带来附加成本。

面对前文，我们提出目的在于提供用于谐振压缩机的控制方法和 系统的本发明，所述控制方法和系统能够在控制冷却系统的能力方面 为设备提供更有效和更优化的控制。

发明目的

本发明的第一目标是提供能够提供设备能力控制的、用于谐振线 性压缩机的控制方法。

本发明的第二目标是提供用于线性压缩机的电子控制系统，其特 别适用于冷却系统，针对大范围的位移幅度，后者能够消除对于传感 器或用于估计活塞冲程的复杂方法的需要。

本发明的再一目标是提供用于降低压缩机的最终成本的控制方 法和系统。

此外，本发明的目标是降低压缩机的噪声峰值并且提高其操作稳 定性。

最后，本发明的另一目标是实现与现有技术的解决方案相比较的 简单解决方案，以得到所述控制的大规模生产。

发明内容

用于实现本发明的目标的方式是通过提供适用于冷却系统的、用 于谐振线性压缩机的控制方法，使得这样的方法包括以下步骤：

a)读取所述压缩机的参考操作功率；

b)测量所述压缩机电动机的操作电流；

c)测量所述压缩机的控制模块的操作电压；

d)作为在步骤b)中测量的操作电流和在步骤c)中获得的操作电 压的函数来计算所述压缩机电动机的入口功率；

e)将在前述步骤中计算的输入功率与参考操作功率比较；

f)如果所述参考操作功率比所述输入功率高，则提高所述压缩机 的操作电压；

g)如果所述参考操作功率比所述输入功率低，则提高所述压缩机 的操作电压。

用于实现本发明的目标的第二方式是通过提供对冷却系统所采 用的、用于谐振线性压缩机的电子控制系统，所述谐振线性压缩机包 括电动机和位移活塞，所述压缩机的电动机根据所述压缩机的操作电 压被制动，所述系统包括被配置用于测量所述压缩机的电动机的操作 电流的电子处理装置，所述处理装置被配置成作为所测量的所述电动 机的操作电流的函数来提供所述压缩机的输入功率，并且将这个输入 功率与参考操作功率值比较，所述系统被配置成根据在所述输入功率 与所述参考操作功率之间计算的功率差来提高或降低所述压缩机的 操作电压。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述本发明，在附图中：

-图1是谐振线性压缩机的示意图；

-图2示出本发明的冷却系统的控制的框图；

-图3示出本发明的电子控制的简化框图；

-图4示出根据本发明的教导的采用通过逆变器的制动的控制的 框图；

-图5示出采用通过TRIAC型装置的制动的控制的框图；

-图6示出本发明的控制系统的流程图；以及

-图7示出根据本发明的排出压力的波形，其标识通过功率控制 的功率和最大活塞位移相对于通过冲程控制的功率和最大活塞位移。

具体实施方式

如之前提及的那样，为控制能力所采用的多数解决方案将已知的 测量技术或冲程估计与控制最大活塞位移的系统结合，调节这个位移 以在系统的冷却能力方面起作用。

此外，这样的技术在许多情况下将位置传感器的使用考虑在内， 以便测量活塞冲程，因此对于最终产品引起成本的显著提高。

另一方面，没有位置传感器的解决方案不具有良好的准确性或操 作稳定性，并且有时有必要使用附加的装置，诸如温度传感器和用于 冲击检测的加速度计。这种构建暗示更高成本和更长维护时间的一件 设备。

本发明采用用于控制谐振线性压缩机100的创新方法和系统，这 样的压缩机在图1中被示意。所述控制方法优选地适用于冷却系统， 其旨在根据以下步骤操作：

a)读取压缩机100的参考操作功率P_ref；

b)测量压缩机100的电动机的操作电流i_MED；

c)测量压缩机100的控制模块的操作电压；

d)作为在步骤b)中测量的操作电流i_MED和在步骤c)中获得的操 作电压的函数来计算压缩机100的电动机的输入功率P_MED；

e)将在前述步骤中计算的输入功率P_MED与参考操作功率P_ref比 较；

f)如果参考操作功率P_ref比输入功率P_MED高，则提高压缩机的操 作电压UC；

g)如果参考操作功率P_ref比输入功率P_MED低，则降低压缩机的操 作电压UC。

所述参考操作功率P_ref经由最终设备的操作者或用户被读取或者 被呈现给本系统。另外，操作功率P_ref作为来自冷却系统的电子恒温 器的信号的函数被计算，如图2所示。

相同的图示出冷却系统的控制的框图，指出对于当前提出的对象 的正确运行所必要的其主要的块或操作步骤。

图3又示出更简化的框图，指出所要求保护的系统的必要步骤。

应指出的是，本控制方法以可替换的方式还包括以下步骤：

h)检测压缩机100的活塞位移值D_pis；

i)将活塞位移D_pis与最大位移值D_Pmax比较；

j)检查活塞位移值D_pis是否比最大位移值D_Pmax高，并且如果是 这样的话，则执行前述步骤“d”、“e”和“f”的序列；以及

k)检查活塞位移值D_pis是否比最大位移值D_Pmax低，并且如果是 这样的话，则降低压缩机的操作电压UC。

图6借助于流程图示出在所提出的控制方法中涉及的主要步骤。

步骤“j”和“k”被采用以便预见用于保护或检测活塞冲程极限 的系统，从而防止活塞对其冲程终点的冲击。对于本申请来说，评估 冲程是否已经达到用于系统的保护的最大极限是重要的，而不是必须 评估中间位移值。

在本发明的范围内，我们还预见通过处理电子装置200测量压缩 机100的操作电流i_MED并且计算输入功率P_MED。

所述电子装置200与控制模块或电子功率装置300结合地在本发 明的教导内操作谐振线性压缩机100的电动机。

更具体地，压缩机的操作电压UC根据电子功率装置300被提高 或降低，后者为逆变器型或TRIAC型。图4和图5示出针对本方法 的功率步骤的两个可能的实施例。

图7又示出整个控制方法的流程图，包含了对于冷却系统的能力 控制的必要步骤。

当前要求保护的对象还预见特别适用于冷却系统的、用于谐振线 性压缩机100的电子控制系统。

所述系统将谐振线性压缩机100包括电动机和位移活塞的事实考 虑在内，使得压缩机100的电动机将根据压缩机的操作电压UC被制 动。

以更广泛的方式，所提出的系统根据之前已经描述的方法的步骤 操作。

应指出的是，所述系统包括处理电子装置200，其被配置用于测 量压缩机100的电动机的操作电流。

另一方面，处理装置200被配置用于作为所测量的电动机操作电 流的函数来提供压缩机100的输入功率P_MED，并且将这个输入功率 P_MED与参考操作功率P_ref值比较。

与所开发的方法一致，本系统被配置用于根据在输入功率P_MED与参考操作功率P_ref之间计算的功率差D_ifpot来提高或降低压缩机的操 作电压UC。

压缩机的操作电压UC根据逆变器型或TRIAC型的电子功率装置 300被提高或降低，如图4和图5所示。

优选地，处理电子装置200被配置用于整个系统的数字控制。

再一次，应指出的是，压缩机的操作电压UC的调节根据参考操 作功率P_ref与输入功率P_MED的比较给出。

更详细地，应指出的是，当参考操作电压值P_ref比输入功率P_MED高时压缩机的操作电压UC被提高。类似地，在参考操作功率P_ref值 比输入功率P_MED低的条件下，压缩机的操作电压UC被降低。

还更优选地，压缩机的操作电压UC根据脉宽调制控制PWM被 提高或降低。然而，根据本发明的教导，可以在对整个系统的运行没 有损害的情况下采用其他类型的控制信号。

面对前文，当前要求保护的对象借助于用于谐振线性压缩机的控 制方法和系统来实现目标，其能够消除对传感器或用于估计大范围位 移幅度的活塞冲程的复杂方法的需要。

此外，应指出的是，除了降低如与当前可用的解决方案相比的压 缩机成本之外，本发明还使我们能够降低压缩机的可能的噪声峰值， 以及提高其操作稳定性。这样的稳定性被实现使得相同功率对于相同 参考被保持恒定。

最后，还应提及的是，根据本发明的教导，在压缩机启动期间的 压力峰值被降低，而功率保持恒定，不像之前通常采用的冲程控制技 术，其在排出压力中产生消耗峰值和“过冲”，如图7所示。应提及 的是，为了进一步降低可能在启动期间对产生高噪声做贡献的压力峰 值，根据本发明的教导有可能为功率引入斜坡，进一步限制压力中的 “过冲”。

已经对优选实施例进行了描述，我们应理解本发明的范围包含其 他可能的变化，本发明的范围仅由所附权利要求的内容限制，其包括 可能的等同物。