利用模式識別來控制線性壓縮機的運行的設備和方法
2023-04-22 19:11:11 2
專利名稱：利用模式識別來控制線性壓縮機的運行的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於控制線性壓縮機的運行的設備和方法，該設備和方法能夠通過輸入衝程基準值來操作線性壓縮機，而且具體地說，涉及一種利用模式識別來控制線性壓縮機的運行的設備和方法，該設備和方法能夠通過將電流和位移之間的關係作為模式進行識別來以最佳效率操作線性壓縮機。
背景技術：
通常，壓縮機的作用是對製冷劑蒸汽加壓以助於在蒸發器中蒸發的製冷劑蒸汽更容易地冷凝。通過運行壓縮機，製冷劑在製冷設備中進行循環時，通過重複冷凝和蒸發過程將熱從冷的地方傳輸到熱的地方。
最近，各種類型的壓縮機被採用，而通常使用往復式壓縮機。往復式壓縮機採用了通過在氣缸內上下移動活塞來對蒸汽加壓以提高壓力的方法，尤其是當往復式壓縮機用於冰箱或空調時，壓縮比可以通過改變施加於往復式壓縮機的衝程電壓而變化，因此這對可變製冷量控制是有利的。
然而，因為往復式壓縮機通過將電機的旋轉運動轉換成線性運動來壓縮蒸汽，所以就將旋轉運動轉換成線性運動而言，機械轉換設備，例如螺杆、鏈條、齒輪系統和定時帶(timing belt)等，是必需的。結果，因為由轉換造成的能量損失大而且設備結構複雜，所以近來採用了電機本身進行線性運動的線性方法的線性壓縮機。
線性壓縮機由於直接通過電機本身產生線性作用力而不需要機械轉換設備，具有簡單的結構，減少了由能量轉換造成的損失，而且由於不包含引起摩擦和磨損的連接部分從而大大地降低了噪聲。另外，當線性壓縮機用於冰箱或空調時，壓縮比可以通過改變施加於線性壓縮機的衝程電壓而變化，因此，這對可變製冷量控制是有利的。
圖1是描述用於控制根據常規技術的線性壓縮機的運行的設備的結構框圖。如圖1所示，用於控制線性壓縮機的運行的設備包括線性壓縮機3，用於通過衝程電壓利用活塞的往復運動來改變衝程(活塞的上死點(top deadcenter)和下死點(bottom dead center)之間的距離)以調節製冷量；電流檢測單元5，用於根據衝程的變化檢測施加於線性壓縮機3的電流；電壓檢測單元7，用於根據衝程的變化檢測在線性壓縮機3中產生的電壓；微型計算機9，用於利用從電流檢測單元5和電壓檢測單元7檢測的電流和電壓來計算衝程，並通過將計算的衝程與由用戶輸入的衝程基準值進行比較來輸出開關控制信號；以及電氣電路單元1，用於根據輸出的開關控制信號中斷AC電源並將衝程電壓施加於線性壓縮機。
以下將對常規的線性壓縮機的控制操作進行描述。
首先，根據由用戶設定的衝程基準值，電氣電路單元1輸出衝程電壓，活塞根據衝程電壓進行線性運動，由此衝程(上死點和下死點之間的距離)發生改變，因此線性壓縮機3的製冷量得到控制。
更具體地說，在線性壓縮機3中，衝程是通過氣缸中活塞的線性運動變化的，在氣缸內的製冷氣體通過減壓閥傳送到冷凝器，因此製冷量得到了調節。
這裡，當通過衝程值改變衝程時，電流檢測單元5和電壓檢測單元7檢測在線性壓縮機3中產生的電壓和電流，而且微型計算機9通過利用檢測的電壓和電流計算衝程。
另外，當計算的衝程小於衝程基準值時，微型計算機9通過輸出延長三端雙向可控矽開關元件的導通周期的開關控制信號來增加施加於線性壓縮機3的衝程電壓，正如所述，當計算的衝程大於衝程基準值時，微型計算機9輸出縮短三端雙向可控矽開關元件的導通周期的開關控制信號，因此施加於線性壓縮機3的衝程值減少。
但是，因為常規的設備在機械運動特徵方面具有嚴重的非線性，利用線性控制方法而不考慮非線性來進行準確的控制是不可能的。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種用於利用模式識別控制線性壓縮機的運行的方法和設備，該方法和設備能夠通過在考慮由非線性特徵造成的誤差的情況下控制TDC(上死點)，並提高線性壓縮機的運行效率。
為了實現上述目的，用於控制線性壓縮機的運行的設備包括電流檢測單元20，用於檢測施加於線性壓縮機的電流；電壓檢測單元30，用於檢測在線性壓縮機中產生的電壓；位移計算單元40，用於通過輸入在電流檢測單元中檢測的電流和在電壓檢測單元中檢測的電壓計算位移；模式識別單元50，其輸入有從位移計算單元輸出的位移和從電流檢測單元輸出的電流，並通過利用對應於位移和電流的軌跡來檢測模式；衝程控制單元60，其輸入有來自模式識別單元50的模式，並根據輸入的模式輸出開關控制信號；以及電氣電路單元10，其輸入有從衝程控制單元60輸出的開關控制信號，並向線性壓縮機11輸出確定的電壓。
為了實現上述目的，用於控制線性壓縮機的運行的方法包括檢測在線性壓縮機11運行中產生的電流和電壓；通過利用檢測的電流和電壓來計算並輸出位移；通過利用對應於計算的位移和檢測的電流的軌跡來檢測模式；將檢測的模式與基準模式進行比較，並當它們彼此一致時輸出開關控制信號；以及根據開關控制信號通過將衝程電壓施加於線性壓縮機來運行線性壓縮機11。
圖1是描述根據常規技術的用於控制線性壓縮機的運行的設備的結構框圖；圖2是描述根據本發明的用於控制線性壓縮機的運行的設備的結構框圖；圖3是描述隨著開關控制信號的佔空比增加對應於電流和位移的模式的曲線圖；和圖4是描述根據本發明的用於控制線性壓縮機的運行的方法的流程圖。
具體實施例方式
圖2是描述根據本發明的用於控制線性壓縮機的運行的設備的結構框圖，如圖2所示，用於控制線性壓縮機的運行的設備包括電流檢測單元20，用於檢測施加於線性壓縮機的電流；電壓檢測單元30，用於檢測在線性壓縮機中產生的電壓；位移計算單元40，用於通過輸入在電流檢測單元中檢測的電流和在電壓檢測單元中檢測的電壓來計算位移；模式識別單元50，其輸入有從位移計算單元輸出的位移和從電流檢測單元輸出的電流，並通過利用對應於位移和電流的軌跡來檢測模式；衝程控制單元60，其輸入有來自模式識別單元50的模式，並根據輸入的模式輸出開關控制信號；以及電氣電路單元10，其輸入有從衝程控制單元60輸出的開關控制信號，並向線性壓縮機11輸出確定的電壓。
這裡，衝程控制單元60包括模式存儲ROM 61，用於預先存儲對應於當TDC是『0』時的電流和位移的基準模式，以及微型計算機62，其輸入有模式存儲ROM61的基準模式和從模式識別單元50輸出的一個確定模式，將它們進行比較並根據比較結果輸出開關控制信號；而電氣電路單元10包括三端雙向可控矽開關元件，其輸入有從衝程控制單元60輸出的開關控制信號，中斷AC(交流)電源，並將衝程電壓施加於線性壓縮機11。
另外，模式識別單元51通過檢測在利用電流和位移構建的多個區格中哪一個區格(cell)包括對應於該電流和位移的軌跡來檢測模式，衝程控制單元60通過將檢測的模式與從模式存儲ROM 61輸出的基準模式進行比較來輸出開關控制信號，而且線性壓縮機11根據對應於開關控制信號的衝程電壓隨著活塞的線性運動來改變衝程以調節製冷量。
下面將對根據本發明的用於控制線性壓縮機11的運行的設備的操作進行說明。
首先，線性壓縮機11根據由用戶輸入的衝程基準值產生衝程電壓，活塞根據衝程電壓進行線性運動，而且由此衝程發生改變，因此製冷量得到調節。更具體地說，通過根據微型計算機62的開關控制信號延長電氣電路單元的三端雙向可控矽開關元件的導通周期，增加衝程，而且線性壓縮機11由衝程操作。
這裡，電流檢測單元20和電壓檢測單元30分別檢測在線性壓縮機11中產生的電壓和電流，將它們施加於位移計算單元40，由此位移計算單元40通過利用在電壓檢測單元30中檢測的電壓和在電流檢測單元20中檢測的電流來計算位移，並將其輸出。
這裡，模式識別單元50通過輸入位移計算單元40的位移和電流檢測單元20的電流來將對應於電流和位移的圖形的軌跡識別為模式。更具體地說，通過構建多個區格，模式識別單元50檢測哪一個區格包括對應於電流和位移的軌跡。這裡，模式存儲ROM預先存儲當TDC為『0』時的電流和作為基準模式的有關對應於位移的軌跡的模式。
然後，微型計算機62被輸入模式存儲ROM 61的基準模式以及從模式識別單元輸出的確定的模式，將它們進行比較並根據比較結果輸出開關控制信號，而線性壓縮機11根據對應於開關控制信號的衝程電壓隨著活塞的線性運動來改變衝程以調節製冷量。
圖3是描述隨著開關控制信號的佔空比增加對應於電流和位移的模式的曲線圖。它描述了當TDC為『0』時處於最外角的軌跡中的模式。
更具體地說，通過利用在線性壓縮機11和無感應器(sensorless)電路運行時消耗的電流來計算位移，可以獲得相對於電流和位移變化的軌跡。這裡，在施加於電氣電路單元的三端雙向可控矽開關元件的開關控制信號增加時，變化的軌跡可以得到並識別為模式，當該模式與TDC為『0』的基準模式相互一致時，線性壓縮機的運行通過利用在該點的開關控制信號來控制三端雙向可控矽開關元件的導通/關閉周期而得到控制。
圖4是描述根據本發明的用於控制線性壓縮機的運行的方法的流程圖。根據本發明的用於控制線性壓縮機的運行的方法包括如步驟ST10所示，輸出由用戶輸入的衝程基準值；如步驟ST20所示，檢測在線性壓縮機11根據衝程電壓運行時產生的電流和電壓；如步驟ST30所示，利用檢測的電流和電壓來計算位移並將其輸出；如步驟ST40所示，利用計算的位移和對應於檢測的電流的軌跡來檢測模式；如步驟ST50-ST60所示，在比較過程中當檢測的模式與基準模式相互一致時保持並輸出開關控制信號；如步驟ST90所示，在比較過程中當檢測的模式和基準模式相互不一致時增加開關控制信號的佔空比；以及如步驟ST70-ST80所示，根據開關控制信號利用三端雙向可控矽開關元件來中斷AC電源，由此通過將衝程電壓施加於線性壓縮機11來操作線性壓縮機11。
更具體地說，微型計算機62增加開關控制信號的佔空比並根據佔空比增加的輸出模式，直至當TDC為『0』時的基準模式與從模式識別單元輸出的確定的模式相互一致為止，當基準模式與確定的模式相互一致時，微型計算機62保持在該點的開關控制信號並將其輸出。由此，電氣電路單元10根據微型計算機的開關控制信號利用三端雙向可控矽開關元件中斷AC電源，將衝程電壓施加於線性壓縮機，並控制線性壓縮機的運行。
如上所述，根據本發明的利用模式識別來控制線性壓縮機的運行的方法和設備，能夠考慮到由非線性造成的誤差進行活塞的TDC控制，而且，檢測輸入電流和位移之間的模式以檢測由機械特徵造成的非線性特徵，並利用該檢測的模式控制衝程，能夠提高線性壓縮機的運行效率。
權利要求
1.一種用於控制線性壓縮機的運行的設備，包括電流檢測單元，用於檢測施加於線性壓縮機的電流；電壓檢測單元，用於檢測在線性壓縮機中產生的電壓；位移計算單元，用於通過輸入在電流檢測單元中檢測的電流和在電壓檢測單元中檢測的電壓計算位移；模式識別單元，其輸入有從位移計算單元輸出的位移和從電流檢測單元輸出的電流，並利用對應於位移和電流的軌跡來檢測模式；衝程控制單元，其輸入有來自模式識別單元的模式，並根據輸入的模式輸出開關控制信號；以及電氣電路單元，其輸入有從衝程控制單元輸出的開關控制信號，並向線性壓縮機輸出確定的電壓。
2.如權利要求1所述的設備，還包括衝程輸入單元，用於輸出由用戶輸入的確定的衝程基準值。
3.如權利要求1所述的設備，其中線性壓縮機根據衝程電壓利用活塞的線性運動來改變衝程以調節製冷量。
4.如權利要求1所述的設備，其中模式識別單元通過檢測在利用電流和位移構建的多個區格中哪一個區格包括對應於該電流和位移的軌跡來識別模式。
5.如權利要求1所述的設備，其中衝程控制單元包括模式存儲ROM，用於預先存儲當TDC是『0』時對應於電流和位移的基準模式；以及微型計算機，其輸入有模式存儲ROM的基準模式和從模式識別單元輸出的一個確定模式，將它們進行比較並根據比較結果輸出開關控制信號。
6.如權利要求5所述的設備，其中，微型計算機改變輸出的開關控制信號的佔空比，直至TDC為『0』的基準模式與從模式識別單元輸出的一個確定模式相互一致為止，並通過保持基準模式與該確定的模式相互一致的點上的開關控制信號來控制線性壓縮機的運行。
7.如權利要求1所述的設備，其中電氣電路單元包括三端雙向可控矽開關元件，該元件輸入有從衝程控制單元輸出的開關控制信號，中斷AC(交流)電源，並將衝程電壓施加於線性壓縮機。
8.如權利要求7所述的設備，其中衝程電壓通過根據微型計算機的開關控制信號來改變三端雙向可控矽開關元件的導通/關閉周期而得到控制。
9.一種用於控制線性壓縮機的運行的方法，包括輸出由用戶輸入的衝程基準值；檢測在根據衝程電壓運行線性壓縮機時產生的電流和電壓；利用檢測的電流和電壓來計算位移並將其輸出；利用計算的位移和對應於檢測的電流的軌跡來檢測模式；輸入檢測的模式並輸出當在比較過程中輸入的模式與基準模式相互一致時的開關控制信號；以及根據開關控制信號利用三端雙向可控矽開關元件中斷AC電源，以便通過將衝程電壓施加於線性壓縮機來操作線性壓縮機。
10.如權利要求9所述的方法，還包括在開關控制信號輸出步驟中，在比較過程中當檢測的模式與基準模式相互不一致時改變開關控制信號的佔空比。
11.如權利要求9所述的方法，其中，在開關控制信號輸出步驟中，基準模式是有關對應於當TDC為『0』時的電流和位移的軌跡的模式。
12.如權利要求9所述的方法，其中，在壓縮機操作步驟中，開關控制信號通過輸出當基準模式的TDC為『0』時的開關控制信號來控制三端雙向可控矽開關元件的導通/關閉周期。
全文摘要
在一種利用模式識別來控制線性壓縮機的運行的設備和方法中,該設備包括:位移計算單元,用於通過輸入在電流檢測單元中檢測的電流和在電壓檢測單元中檢測的電壓計算位移;模式識別單元,其輸入有從位移計算單元輸出的位移和從電流檢測單元輸出的電流,並利用對應於位移和電流的軌跡來檢測模式;衝程控制單元,其輸入有來自模式識別單元的模式,並根據輸入的模式輸出開關控制信號;以及電氣電路單元,其輸入有從衝程控制單元輸出的開關控制信號,並向線性壓縮機輸出確定的電壓,由此可以考慮到由非線性特徵造成的誤差執行活塞的TDC控制,提高線性壓縮機的運行效率,並具有寬而精確的控制區域。
文檔編號F04B35/00GK1356471SQ0114244
公開日2002年7月3日 申請日期2001年11月28日 優先權日2000年11月29日
發明者樸埈亨, 黃仁永, 樸鎮求, 金亮圭, 金世榮 申請人:Lg電子株式會社