[发明专利]压缩机启动方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制压缩机的方法和装置。本发明具体地涉及一种用于启动活塞型压缩机的方法和装置，所述活塞型压缩机由频率转换器控制的永磁同步电动机驱动。

背景技术

由于活塞型压缩机简单、可靠并且成本有效，使其成为工业和商业应用中普遍使用的重负荷机器，例如用于产生压缩空气。当需要调整压缩后的空气体积时，通常会使用速度控制（由于其较低的能量损耗），而不是使用例如节流阀控制。速度控制通常由频率转换器控制的交流电动机实现，所述交流电动机可以是例如笼形异步电动机或永磁同步电动机。

在这种应用中，电动机负载基于活塞位置显著地变化，即当活塞到达顶部位置时，轴扭矩大，而当活塞在底部时，轴扭矩小。在全速运转时，即使电动机和转换器已经根据经济的尺寸设计原则的要求按照平均负载来设计尺寸，轴（通常由重型调速轮促动）上的旋转质量的机械惯性也会帮助该轴经过最大扭矩点。

该尺寸设计原则可能会引起低速启动的问题，这是由于旋转质量的惯性仅提供了最小帮助。这是今天电动机和转换器通常基于最大扭矩进行尺寸设计的一个原因。

除了尺寸设计问题，还存在下列问题，当压缩机停止时，活塞停留在最大压力点的位置。在紧密密封的汽缸中，高压能够保持在内部很长一段时间，在下一个启动阶段，在第一转动期间可能导致“反冲”。这可能导致在缺少传感器的驱动系统中关于轴角度的信息损失，以及启动失败。

这些问题可能促使电动机和频率转换器的功率被尺寸设计为高于平均功率所需要的和/或轴角度传感器可能需要的数值。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于活塞压缩机的新型启动方法，其中活塞压缩机由频率转换器控制的永磁同步电动机所驱动。通过该方法，即使当该机械装置已经被根据平均负载经济地设计尺寸并且未使用活塞传感器，也能够克服上述缺点并且能够确保活塞压缩机的可靠启动。该目标由本发明提供的方法和装置实现，其特征在独立权利要求中声明。本发明的其它优选实施例在从属权利要求中公开。

在本发明的方法和装置中，活塞压缩机由频率转换器供应的永磁电子电动机驱动。能够感测到有关最大压力点的电动机轴角度的必要信息，而不需任意额外的传感器。

根据本发明的第一实施例，活塞压缩机的启动包括三个连续的阶段。

在第一阶段，电动机将在短期内旋转，优选地，电动机将旋转一个完整的电动转动周期。该阶段的目的是释放汽缸内可能的压力，所述压力是上次停止之后存留在那里的。在这个阶段，旋转速度是低的且电动机电流是高的，以产生足够高以克服例如可能的启动摩擦力的轴扭矩。

第二阶段的目的是确定用于指示活塞最高压力位置的最高扭矩的电动角度。在第二阶段的初始，通过将直流电流供给至定子绕组而将转子的位置预设为特定电动角度。之后，电动机将从该角度以恒定速度和高电流旋转至少一个完整的电动转动周期，以产生足够高以克服最大压缩压力点的轴扭矩。在第二转动周期期间，通过使用测得的频率转换器的信号，例如通过测量输出电流和电压并计算输出功率（已知正比于轴扭矩），计算轴扭矩。通过该运算，推导出最大负荷扭矩点的位置，其中用距离已知启动角度的电动角度来表示该最大负荷扭矩点的位置。

根据本发明的第二实施例，该第二实施例适用于转子电动角度和机械角度之间的关系是已知的情况，能够省去第一阶段。在这种情况下，以已知最佳启动角度启动及停止第二阶段。通过该转动，能够确保转子的角度最终是最佳的，而不受摩擦力和气体压力作用的影响。

在两个实施例中，第三阶段是实际操作的启动。在该阶段的起始，通过将直流电流供给至定子绕组，将转子的位置设定为特定电动角度。这时，由相电流确定的转子位置被设定为与最大扭矩角度相反，即据此与最大扭矩角度呈大约180°。该设定给定了用于第一加速度的最大时间和距离，因此产生启动时用于第一转动周期的最大动能。在启动期间，提供最大可能扭矩的最大电动机电流用于产生最大加速度。在顺利经过第一活塞压缩点之后，电动机继续加速，直至达到设定的速度参考值，并且继续正常运转。

通常所需的启动阶段仅占用几秒，这意味着需要在预脉冲和实际启动之间划分允许的频率转换器超负荷时期。由于超负荷电流（尤其是在预脉冲期间以低的输出频率的电流），使得引起针对转换器的功率半导体的不寻常的高压力，因此使所有顺序的启动电流脉冲之间的停顿尽可能短是有利的。

本发明使得能够经济地将驱动电动机和频率转换器的尺寸设计为小于活塞压缩机的最大负荷。本发明还使得轴角度传感器不是必需的。

附图说明