[发明专利]控制直线压缩机的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制直线压缩机(linear compressor)的系统和方法，其能够在必要时在其整个工作周期内对压缩机进行微调，以便压缩机以最大容量进行操作，其中，活塞达到最大位移幅度，在不与汽缸盖碰撞的情况下尽可能近地与之接近。根据本发明的系统和方法还意图在直线压缩机的整个工作周期中控制其操作，还设法使其性能最大化并减少或优化其功率消耗。这种直线压缩机通常应用于冷却器、空调单元，有时应用于流体泵。

背景技术

目前，在诸如冷却器和空调装置的冷却系统中，由直线电动机(linear motor)驱动的直线压缩机的使用很普遍。直线压缩机表现出低能耗，因此，在正在讨论的应用中效率很高。

直线压缩机通常包括在汽缸内部进行往复运动的活塞。此汽缸的盖(head)通常容纳吸气阀和放气阀，其调整低压气体的进入和高压气体从汽缸内部的排出。活塞在直线压缩机的汽缸内部的轴向运动将由吸气阀允许进入的气体压缩，增加其压力，并由排气阀将其排出到高压区。

直线压缩机必须能够识别活塞在汽缸内部的位置并控制活塞位移以防止活塞与汽缸盖相碰撞，除了设备的磨损之外，该碰撞还导致大声且令人厌恶的噪声，因此降低其耐用性。

同时，为了使直线压缩机的效率和性能最优化并使压缩机的功率消耗最小化，希望的是活塞应尽可能多地在汽缸内部移位，在不与活塞头相碰撞的情况下尽可能紧密地与之接近。为此，必须精确地知道压缩机处于工作状态时的汽缸的位移幅度，并且此幅度的估计误差越大，在活塞的最大位移点与汽缸盖之间将必须有越大的安全距离以避免其碰撞。此安全距离提供压缩机的效率损失。如果未使压缩机的性能最优化，则将常常必须针对压缩机将进行工作的条件使其设计尺寸过大，这增加设备的成本以及其功率消耗。

活塞在汽缸内部的位移控制和位置识别的某些系统在没有目前工艺水平的情况下就已经是已知的，特别是应用于直线电动机和/或压缩机，其同时对活塞位移幅度进行微调。

可以将目前的工艺水平概括成两个系统组。第一个指的是没有传感器的情况下的压缩机的控制。在这种控制方法中，不存在安装在压缩机中的真实(物理传感器)。控制机构读取其它系统变量，诸如：压缩机的电流和/或电压、蒸发器的温度、工作频率，并估计活塞冲程。

第二系统组包括具有传感器的控制机构。在这种情况下，传感器测量例如汽缸盖或任何其它点的固定部分与活塞或运动部分的任何点之间的位移和/或距离，或仅仅是用于安全工作的极限距离。根据这种方法，在压缩机的生产阶段期间或在其运行期间，可能要求进行微调。

国际专利申请WO 0148379描述了一种控制压缩机的方法，其被设计为控制直线压缩机的活塞的冲程，允许活塞前进直至其机械冲程的终点处于极限负荷条件为止，而不允许活塞与阀门系统碰撞。向直线电动机施加平均电压，控制活塞的运动。测量活塞的第一运动时间并将其与预测运动时间相比较。改变施加于电动机的电压，如果第一运动时间不同于预测运动时间，则预测运动时间使得活塞的运动将到达基本上接近于活塞冲程的终点的最大点(M)。

专利文献WO 2005006537描述了一种控制被馈送与电力网电压成比例的总电压的电动机的运动的方法。该方法包括步骤：在第一测量时刻进行电力网电压电平的第一测量；在第二测量时刻进行电力网电压电平的第二测量；计算根据(in function of)第一和第二测量时刻测量的值的导数(derivative)值以获得比例电力网电压的值；以及与比例电力网的值成比例地改变馈送给电动机的总电压的值。

专利文献WO 2005071265描述了在整个工作过程中以其最大可能效率处于谐振状态的直线压缩机的工作。直线压缩机包括由直线电动机驱动的活塞，该活塞具有借助于受控电压控制的位移幅度，该受控电压具有施加于直线电动机并由处理单元调整的电压频率。根据冷却系统的可变需要动态地控制活塞位移的幅度。所述处理单元调整活塞位移的幅度，以便使直线压缩机在冷却系统需要的整个变化过程中将动态地保持谐振。

专利文献WO 2005054676涉及一种控制流体泵的系统，该流体泵提供有在第一次使用时或在由于电或机械故障而引起问题的情况下校准各机能的装置。流体泵提供有活塞位置感测组件和与该传感器组件相关联的电子控制器。该电子控制器将通过检测撞击信号来检测相应汽缸内的活塞位移。该撞击信号由所述感测组件在发生活塞与冲程终点的撞击时发送。该电子控制器在发生触发信号时连续地增加活塞位移冲程直至发生撞击为止以存储活塞位移的最大值。