用于保護共振式線性壓縮機的方法及系統技術方案

本發明專利技術描述一種用于保護共振式線性壓縮機（14）的方法，該壓縮機（14）包括結構性共振頻率（wE）和馬達，馬達被供給具有振幅（A）和驅動頻率（wA）的供給電壓（Va），振幅（A）和驅動頻率（wA）根據等式A.sen(wt)控制。該保護方法構造成包括以下步驟：防止以具有與共振式線性壓縮機（14）的結構性共振頻率（wE）一致的至少一個諧波的驅動頻率（wA）對馬達進行供給。本發明專利技術還涉及一種共振式線性壓縮機（14）的保護系統，其包括電子控制器（30）并構造成，防止以具有與共振式線性壓縮機（14）的結構性共振頻率（wE）一致的至少一個諧波的驅動頻率（wA）對馬達進行供給。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于保護共振式線性壓縮機的方法及系統。更具體地，本專利技術涉及一種構造成防止以具有與壓縮機的結構性共振頻率一致的諧波的給定驅動頻率來操作共振式線性壓縮機的方法及系統。
技術介紹
交變活塞式壓縮機借助活塞的軸向運動來壓縮氣缸內的氣體，由此產生壓力。在該方面，存在于氣缸外部的氣體在被稱為低壓側（吸氣壓力或蒸發壓力）的區域中，并且通過吸氣閥進入氣缸，在氣缸中氣體然后被活塞運動壓縮。在氣體已經被壓縮后，其通過排氣閥從氣缸排出到被稱為高壓側（排氣壓力或凝結壓力）的區域。交變活塞式壓縮機的類型中的一種是共振式線性壓縮機。在該壓縮機模型中，活塞由線性致動器致動，該線性致動器包括支架和磁體，磁體由線圈和彈簧致動，彈簧將可移動部分（活塞、支架和磁體）關聯到固定部分（氣缸、定子、線圈、蓋部和框架）。可移動部分和彈簧形成壓縮機的共振組件。由線性馬達致動的共振組件具有進行線性交變運動的功能，從而引起氣缸內側的活塞的運動以將通過吸氣閥吸入的氣體的壓縮動作施加到氣體通過排氣閥排出的點。為此，通過由馬達所產生的功率和由機構在壓縮時所消耗的功率以及在該過程中所產生的損耗的平衡，調節共振式線性壓縮機的操作的振幅。因此，為了獲得帶來最大冷卻能力的最大熱力學效率，活塞位移應靠近沖程端部（盡可能靠近蓋部），以便減少壓縮過程中的死氣體（未使用的氣體）的容積。因此，為了使壓縮過程可具有最大效率，在活塞沖程的分析和認知中需要具有精確度，從而防止活塞抵靠沖程端部的影響的風險，其將產生聲學噪音、效率損耗以及甚至可能導致共振式線性壓縮機的破裂。因此，檢測活塞沖程時的誤差越大，在最大活塞位移和沖程端部之間需要的安全系數就越大，從而增加產品的輸出的損耗。另一方面，系統具有較少的冷卻的需要，并且因此需要減少共振式線性壓縮機的冷卻能力。可以減少活塞的動力沖程，從而降低供應到系統的功率，進而提高壓縮機的可變冷卻能力，其可通過控制活塞沖程來控制。此外，共振式線性壓縮機的另一重要特征是驅動頻率。使用這樣的壓縮機的系統設計成以質量/彈簧系統的特定共振頻率來操作，因為在該點處，系統的反作用力被消除，并且因此系統達到最大效率。該驅動頻率源自共振式線性壓縮機的彈簧的致動并且源自活塞上的供給電壓Aa的振幅A。通過“質量/彈簧”將理解，質量（m）是可移動部分（活塞、支架和磁體）的質量總和，并且等效彈簧(KT)是系統的共振彈簧(KML)加氣體壓縮力的總和，該氣體壓縮力由于其取決于冷卻系統的蒸發壓力和凝結壓力以及用于壓縮的氣體，因此可被模擬為又一個彈簧常數(KG)。這樣的理論可在IEEE的論文中找到，例如，“ANovelStrategyofEfficiencyControlforaLinearCompressorSystemDrivenbyaPWMInverter”(作者T.Chun,J.Ahn,H.Lee,H.KimandE.Nho)，以及“MethodofEstimatingtheStrokeofLPMSMDrivenbyPWMInverterinaLinearCompressor”(作者T.Chun,J.Ahn,Q.Tran,H.LeeandH.Kim)，“AnalysisandcontrolforlinearcompressorsystemdrivenbyPWMinverter”(作者T.Chun,J.Ahn,J.YooandC.Lee)和“Analysisforsensorlesslinearcompressorusinglinearpulsemotor”(作者M.Sanada,S.MorimotoandY.Takeda)。在該方面，論文“AResonantFrequencyTrackingTechniqueforLinearVaporCompressors”(作者Z.Lin,J.WangandD.Howe)呈現另一理論：這樣的質量/彈簧系統可通過下面的等式（1）和（2）計算共振頻率(fr)：(1)(2)。由于彈簧氣體部分未知(KG)，貫穿共振式線性壓縮機的操作是非線性并且可變的，因此不能計算具有優化該類型的壓縮機的效率所需要的精確度的共振頻率。該論文還呈現調節共振頻率的理論，其中，對于恒定電流施加驅動頻率的變化直到最大功率點，從而呈現簡單并易于實施的方法，然而，其需要定期地干擾系統以檢測共振頻率。此外，如在已引用的論文和在額外的文獻WO0079671中可見，當系統以共振頻率操作時，馬達電流與位移正交，也就是說，馬達電流與馬達的反電動勢（CEMF，或反EMF）同相位（考慮CEMF與位移成比例并且源自位移）。該方法更精確地優化壓縮機的效率，但其需要持續檢測電流相位和位移相位，因此需要位置或速度感測設備。如果結構性共振頻率被激發，則其引起共振式線性壓縮機的功能的擾亂，該擾亂可從聲學噪音的增加變化到其破裂。因此，需要控制方法使得這樣的（結構性共振）頻率將不被激發，或替代地，需要防止共振式線性壓縮機以這樣的頻率操作的方法。可行方法中的一種是對壓縮機構造的機械改變，使得結構性共振頻率將在系統的主共振頻率的諧波的區域之外。然而，由于生產過程的可變性和主共振頻率的變化（由于負荷的變化），所以可能無法防止驅動頻率的諧波激發結構性共振。因此，另一方法是防止以具有激發結構性共振頻率的諧波的頻率來驅動系統。由于壓縮機不會精確地以共振頻率（在共振頻率的諧波與結構性共振一致時）被致動的事實，該解決方案可導致系統效率的較小降低，而在另一方面，這保證壓縮機的可靠性和耐用性。該問題的解決方案似乎僅關于旋轉馬達，例如在文獻US5,428,965中示出的那樣，其描述用于速度可變馬達的控制系統，該控制系統防止馬達以特定的速度驅動以防止過度噪音或振動，或如在文獻EP2,0023,480中示出的那樣，其描述旋轉馬達的控制，該控制改變電流相位以防止以這些頻率來驅動，從而降低馬達的噪音和振動。然而，這些技術不容易應用于線性馬達。在旋轉馬達中，存在對壓縮機的操作的頻率的控制，即，能夠在不關注系統的損耗的情況下使操作頻率變化。因此，旋轉馬達具有與線性馬達完全不同的效果。如已解釋的那樣，具有磁體的電動馬達產生與馬達的運動力相反的力，被稱為反電動勢（CEMF）。該CEMF結束對電壓的限制（并且因此結束對施加到馬達的電流的限制）。因此，相對于CEMF改變施加在旋轉馬達上的電流的相位使得相對于具有CEMF的相位的更高電流的應用（也被稱為旋轉機器上的滅磁）不可行。由于這些壓縮機的頻率僅由馬達確定，故旋轉壓縮機能夠在改變其逆變器的頻率時改變操作頻率，而不需要對效率的損耗的任何關注，因為其能量是恒定的，通常由動能的值確定。然而，該效果對共振式線性機器來說是不同的，共振式線性機器以系統的主共振頻率操作，主共振頻率取決于產品設計，其由于氣體壓縮效果，可能會有較小變化。如布置壓縮機的環境溫度這樣的因素也可干擾系統的主共振頻率。例如，在寒冷環境中，共振式壓縮機的主共振頻率是110赫茲。另一方面，在較暖和的環境中，由于壓縮機的排氣壓力增加，主共振頻率達到130赫茲。換句話說，不存在對壓縮機的操作頻率的控制，使得該頻率可在短時間段內變化（由于天氣變化）。在共振式馬達的運動期間，存在動能和勢能的恒定變化，共振頻率本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于保護共振式線性壓縮機（14）的方法，所述共振式線性壓縮機（14）包括結構性共振頻率（wE）和馬達，所述馬達被供給具有振幅（A）和驅動頻率（wA）的供給電壓（Va），所述振幅（A）和所述驅動頻率（wA）根據等式A.sen(wt)控制，所述方法特征在于包括以下步驟：防止以具有與所述共振式線性壓縮機（14）的所述結構性共振頻率（wE）一致的至少一個諧波的所述驅動頻率（wA）對所述馬達進行供給。

【技術特征摘要】
2015.07.07 BR BR102015016317-71.一種用于保護共振式線性壓縮機（14）的方法，所述共振式線性壓縮機（14）包括結構性共振頻率（wE）和馬達，所述馬達被供給具有振幅（A）和驅動頻率（wA）的供給電壓（Va），所述振幅（A）和所述驅動頻率（wA）根據等式A.sen(wt)控制，所述方法特征在于包括以下步驟：防止以具有與所述共振式線性壓縮機（14）的所述結構性共振頻率（wE）一致的至少一個諧波的所述驅動頻率（wA）對所述馬達進行供給。2.如權利要求1所述的保護共振式線性壓縮機（14）的方法，其中，所述共振式線性壓縮機（14）具有活塞（1）、氣缸（2）、馬達以及彈簧（7a,7b），其中所述驅動頻率（wA）源于所述彈簧（7a,7b）的致動，并且源于在所述氣缸（2）內運動的所述活塞（1）上的供給電壓（Va）的振幅（A），所述保護方法特征在于控制所述壓縮機的電流i(t)和所述活塞（1）位移速度之間的相位。3.如權利要求2所述的保護共振式線性壓縮機（14）的方法，其特征在于，包括以下步驟：以0o建立所述壓縮機的所述電流i(t)和所述活塞位移速度之間的相位。4.如權利要求2所述的保護共振式線性壓縮機（14）的方法，其特征在于，包括以下步驟：如果所述驅動頻率（wA）的至少一個諧波與所述共振式線性壓縮機（14）的所述結構性共振頻率（wE）一致，則使所述壓縮機（14）的所述電流i(t)和所述活塞位移速度之間的相位提前。5.如權利要求2所述的保護共振式線性壓縮機（14）的方法，其特征在于，包括以下步驟：如果所述驅動頻率（wA）的至少一個諧波與所述共振式線性壓縮機（14）的所述結構性共振頻率（wE）一致，則使所述壓縮機（14）的所述電流i(t)和所述活塞位移速度之間的相位延遲。6.如權利要求4或5所述的保護共振式線性壓縮機（14）的方法，其特征在于，包括以下步驟：如果所述壓縮機的所述電流i(t)和所述活塞位移速度之間的相位呈現至少一個低于最小偏移值(FsLI2,12)的值或至少一個高于最大偏移值(FsLS2,15)的值，則重建該相位。7.如權利要求6所述的保護共振式線性壓縮機（14）的方法，其特征在于，限定所述壓縮機（14）的所述電流i(t)和所述活塞位移速度之間的相位的至少一個第一下限(FsLI1)、第二下限(FsLI2)、第一上限(FsLS1)以及第二上限(FsLS2)。8.如權利要求7所述的保護共振式線性壓縮機（14）的方法，其特征在于，包括以下步驟：使來自所述第二上限(FsLS2)的相位重建到所述壓縮機（14）的所述電流i(t)和所述活塞位移速度之間的相位的所述第一下限(FsLI1)。9.如權利要求7所述的保護共振式線性壓縮機（14）的方法，其特征在于，包括以下步驟：使來自所述第二下限(FsLI2)的相位重建到所述壓縮機（14）的所述電流i(t)和所述活塞位移速度之間的相位的所述第一上限(FsLS1)。10.如權利要求1所述的保護共振式線性壓縮機（14）的方法，其特征在于，包括以下步驟：檢驗所述驅動頻率（wA）是否包括與所述結構性共振頻率（wE）一致的諧波。11.如權利要求1所述的保護共振式線性壓縮機（14）的方法，所述共振...

【專利技術屬性】
技術研發人員：DEB里里伊，PS戴內茲，
申請(專利權)人：惠而浦股份公司，
類型：發明
國別省市：巴西;BR