CN1256510C - 用于控制线性压缩机活塞位置的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于控制线性压缩机活塞位置的装置和方法，该压缩机具有一个电源、一个三端双向开关和一个电机，所述装置包括：一个电流相位检测部分，用以检测在三端双向开关转换的电流、积分电流、生成与积分电流相对应的第一方形波；一个行程相位检测部分，用以根据随电机运转的活塞往复位置生成一个具有固定的频率和变化的振幅的AC电压波形，并生成与所述AC电压波形相对应的第二方形波；一个零交叉检测部分，用以检测电源所供电压的零交叉；以及一个控制部分，用以根据电流相位检测部分所测的第一方形波与行程相位检测部分所测的第二方形波之间的相位差生成一个信号，来控制活塞位置，这样，通过控制汽缸中活塞的位置，根据电流方形波与行程方形波的相位差使得顶部间隙变得最小，从而使效率和可靠性达到最佳。

Description

用于控制线性压缩机活塞位置的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种线性压缩机，特别涉及一种用于控制线性压缩机活塞位置的装置和方法。

背景技术

用于控制线性压缩机活塞位置的装置和方法的现有技术将参照附图予以说明。图1是现有技术中用于控制线性压缩机活塞位置的装置的一个例子，图2表明了图1中交直流电压变压器的高电压、常规电压和低电压的波形，图3解释顶部间隙308(top clearance)的定义。

参见图1，现有技术中用于控制线性压缩机活塞位置的装置包括：提供220伏交流(AC220V)的电源1，用于根据一个控制信号切换来自电源1的AC220V的三端双向可控硅开关元件(triac，以下简称三端双向开关)2，由经过该三端双向开关2切换的AC220V驱动的控制活塞往复的电机3，用于根据活塞往复位置生成具有固定的频率和变化的振幅的AC(交流)电压波形的行程生成部件4，用于对行程生成部件4所产生的AC电压波形进行整流的整流电路5，用于对经整流电路5整流的DC(直流)电压波形进行滤波的滤波电路6，将经过滤波电路6滤波的DC电压波形转换成相应的DC电压的交直流电压变压器7，用于检测电源1所供的AC220V零交叉的零交叉检测电路8，用于将来自交直流电压变压器7的DC电压转换成与DC电压对应的活塞往复长度，将活塞往复长度与预定值相比较，并根据比较结果提供一个控制信号的微机9，和相位控制部分10，用于根据来自微机9的控制信号控制起通角度(firingangle)以便控制行程。

下面说明与本发明的用于控制线性压缩机活塞位置的装置有关的现有技术装置的操作。

当相位控制部分10为线性压缩机初始驱动时的起通角度提供激发信号时，三端双向开关2将来自电源1的AC220V切换至电机3，这样电机3使汽缸300中的活塞302进行往复运动。在这种情况下，行程生成部件4产生具有固定频率并随活塞302往复位置不同振幅发生变化的AC电压波形。并且，整流电路5对行程生成部件4所产生的AC电压波形进行整流，滤波电路6对经整流电路5整流成DC电压波形的电压波形进行滤波。然后，经滤波电路6滤波的DC电压波形通过交直流电压变压器7被转换成与DC电压波形相对应的DC电压。零交叉检测电路8检测电源1所供的AC220V的零交叉，并提供零交叉检测结果信号。据此，微机9将来自交直流电压变压器7的DC电压转换成活塞往复长度，并与预定值相比较，根据比较结果提供控制信号。就是说，微机9将来自交直流电压变压器7的DC电压转换成与DC电压对应的活塞往复长度，并与常规压力下常规行程电压的预定长度相比较，如图2所示，根据比较结果，如果来自交直流电压变压器7的DC电压为高压或低压的行程电压，则提供一个控制信号，用以将行程电压改变为常规压力的行程电压。然后，相位控制器10提供一个信号，用以根据来自微机的9控制信号控制起通角度以便控制行程。就是说，相位控制器10按照控制信号提供一个减小起通角度的控制信号，以便将来自微机9的高压行程电压改变为常规压力行程电压，或者按照控制信号提供一个增加起通角度的控制信号，以便将来自微机9的低压行程电压改变为常规压力行程电压。据此，被来自相位控制器10的控制信号触发的三端双向开关2控制来自电源1的AC220V的电压相位，并且电机3根据三端双向开关2所控制的相位使汽缸内的活塞进行往复运动。就是说，三端双向开关2根据控制信号控制来自电源1的AC220V的电压相位，减小相位控制器10的起通角度，以减小到电机3的电流，这样电机3再依次将汽缸内的活塞往复长度缩短，或者三端双向开关2根据控制信号控制来自电源1的AC220V的电压相位，增加相位控制器10的起通角度，以增加到电机3的电流，这样电机3再依次将汽缸内的活塞往复长度增加。这样通过重复上述过程，微机9则将因汽缸内的活塞往复引起的来自交直流电压变压器7的DC电压转换成与DC电压相对应的活塞行程306长度，以控制活塞位置。

然而，现有技术中控制线性压缩机活塞位置的装置和方法存在以下问题。

首先，该系统是包括整流电路，滤波电路和交直流电压变压器的复杂系统，由于行程反馈装置存在许多误差，实际位置和反馈位置之间存在差异，误差与线路误差相关，包括电机和机械部件的误差，所以不论系统制造的多精确，由误差产生的活塞与阀门之间的碰撞、效率的降低、噪音的增加都是不可避免的。

第二，系统的载荷估算能力差，如图3所示，无法估算顶部间隙的载荷变化，导致系统的控制极为困难，并且对环境变化(温度变化)的预测和一定状态下(气体泄漏，循环堵塞)非常规特性的预测也很困难。

发明内容

因此，本发明涉及一种用于控制线性压缩机活塞位置的装置和方法，该装置基本上避免了由于现有技术的限制和缺点引起的一个或多个问题。

本发明的一个目的在于提供一种用于控制线性压缩机活塞位置的装置和方法，其中控制汽缸活塞位置使顶部间隙减到最小。

本发明的其他优点和特征将在说明书中进行说明，本领域技术人员在阅读下列内容后或者从本发明的实践中会部分了解本发明。本发明的目的和其他优点通过说明书的文字和权利要求及附图所阐明的特定结构可以实现或达到。

为了达到本发明上述目的和其他优点，正如这里所说明的和表现的，本发明提供一种用于控制线性压缩机活塞位置的装置，其中压缩机具有一个电源、一个三端双向开关和一个电机，该装置包括：一个电流相位检测部分，用以检测在三端双向开关转换的电流、积分电流、生成与积分电流相对应的第一方形波；一个行程相位检测部分，用以根据随电机运转的活塞往复位置生成一个具有固定的频率和变化的振幅的AC电压波形，并生成与所述AC电压波形相对应的第二方形波；一个零交叉检测部分，用以检测电源所供电压的零交叉；以及一个控制部分，用以生成一个信号，按照电流相位检测部分所测的第一方形波与行程相位检测部分所测的第二方形波之间的相位差来控制活塞位置。

电流相位检测部分包括：一个电流检测部件用以检测三端双向开关切换的电流，一个用以对电流检测部件检测的电流积分的积分部件，以及一个第一方形波生成部件，该部件用以生成与积分部件积分的电流相对应的第一方形波。

行程相位检测部分包括一个行程生成部件，用以根据活塞往复位置生成一个具有固定的频率和变化的振幅的AC电压波形；和一个第二方形波生成部件，用以生成与所述行程生成部件生成的AC电压波形相对应的第二方形波。

控制部分检测一个活塞位置，在该位置顶部间隙根据第一方形波与第二方形波之间的相位差而变得最小，并且控制部分提供一个信号以控制顶部间隙最小时的活塞位置。

用于控制线性压缩机活塞位置的装置还包括一个整流部分，对相位检测部分所检测的行程的电压波形整流，还包括一个交直流转换部分用以将经整流的电压波形转换为直流波形。

本发明的另一方面在于，提供了一种用于控制线性压缩机活塞位置的方法，该压缩机具有一个电源，一个三端双向开关和一个电机，该方法包括以下步骤：(1)生成第一方形波，该方形波与三端双向开关切换的电压的电流相对应；(2)生成第二方形波，该方形波对应于电机随电压操作而产生的行程；(3)根据第一方形波与第二方形波之间的相位差，通过控制在三端双向开关切换的电压相位来控制活塞位置。

步骤(3)是提供用以控制活塞位置的控制信号的步骤，这样根据第一方形波与第二方形波之间的相位差使顶部间隙变得最小。

应当理解，本发明的上述一般性说明和下面的详细说明是典型的和说明性的，其目的在于对所要求的发明内容进行清楚地说明。

附图说明

所提供的附图是为了更好的理解本发明，结合在本申请中作为其中的一部分，与文字一起对实施例进行说明并解释本发明的原理。其中：

图1是现有技术中用于控制线性压缩机活塞位置的装置的一个例子；

图2是来自图1中交直流电压变压器的高电压、常规电压和低电压的波形；

图3解释了顶部间隙的定义。

图4说明根据本发明的第一个优选实施例的用于控制线性压缩机活塞位置的装置；

图5说明根据本发明的第二个优选实施例的用于控制线性压缩机活塞位置的装置；

图6是图4与图5中在不同部件的波形；

图7说明电流相位与行程相位之间的相位差；

图8说明随压力变化电流相位和行程相位的偏移的路径；

图9说明在一定压力下电流相位与行程相位之间的相位差。

具体实施方式

下面参见本发明优选实施例的详细内容，本发明的实施例结合附图进行说明。根据本发明第一个优选实施例的用于控制线性压缩机活塞位置的装置将参照图4进行说明。

参见图4，根据本发明的第一个实施例用于控制线性压缩机活塞位置的装置包括提供AC220V的电源10，响应控制信号切换来自电源10的AC220V的三端双向开关20，用于检测经过三端双向开关20切换的电流、积分电流、生成与积分电流相对应的第一方形波的电流相位检测部分30，由通过三端双向开关20切换的AC220V驱动的用于使汽缸活塞往复运动的电机40，用于根据活塞往复位置产生具有固定的频率和变化的振幅的AC电压波形以及产生与AC电压波形相对应的第二方形波的行程相位检测部分50，用于检测电源10所供AC220V的零交叉的零交叉检测电路60，一个控制部分70，该控制部分根据电流相位检测部分30所提供的第一方形波与行程相位检测部分50所提供的第二方形波之间的相位差产生一个用于控制活塞位置的信号，以及一个相位控制部分80，用于控制起通角度以便根据来自控制部分70的控制信号对行程进行控制。该电流相位检测部分30包括：一个用于检测三端双向开关20切换的电流的电流检测部件31，一个用于积分经电流检测部件31检测的电流的积分部件32，和一个用于生成与积分部件32积分的电流相对应的第一方形波的第一方形波生成部件33。行程相位检测部分50包括一个用以根据活塞往复位置生成具有固定的频率和变化的振幅的AC电压波形的行程生成部件51，和一个用以生成与行程生成部件51所产生的AC电压波形相对应的第二方形波的第二方形波生成部件52。

图5说明根据本发明第二个优选实施例的用于控制线性压缩机活塞位置的装置，该装置另外包括一个转换部分90。转换部分90包括一个整流部分91用于对行程生成部件51所产生的AC电压波形进行整流，一个交直流转换部分92，用于将经整流部分91整流的AC电压波形转换成与AC电压波形相对应的DC电压波形。

图6说明图4与图5中在不同部件的波形，图7说明电流相位与行程相位之间的相位差，图8说明随压力变化电流相位和行程相位的偏移路径，图9说明在一定压力下电流相位与行程相位之间的相位差。上述附图所示的内容不是对本发明的限制。根据本发明的优选实施例的用于控制线性压缩机活塞位置的方法将参照附图进行说明。

参见图4，在线性压缩机的初始操作中，当相位控制部分80为起通角度提供如图6C所示的激发信号时，三端双向开关切换向那里提供的AC220V，如图6A所示。然后，电流相位检测部分30对三端双向开关20切换的电流进行检测、积分，并生成一个与积分电流相对应的第一方形波。就是说，电流相位检测部分30的电流检测部件31检测如图6B所示的经三端双向开关20切换的电流。然后，积分部件32对电流检测部件31检测的电流进行积分，如图6D所示。据此，第一方形波生成部件33生成与积分部件32积分的电流相对应的第一方形波，如图6E所示。另一方面，电机30被三端双向开关20切换的电力驱动，使汽缸中的活塞进行往复运动。在这种情况下，行程相位检测部分50根据活塞往复位置生成一个具有固定的频率和变化的振幅的AC电压波形，以及与AC电压波形相对应的第二方形波。就是说，如图6F所示，行程相位检测部分50的行程生成部件51生成一个具有固定频率并随活塞往复位置不同振幅发生变化的AC电压波形。如图6G所示，第二方形波生成部件生成与行程生成部件51生成的AC电压波形相对应的第二方形波。并且，零交叉检测部分60检测电源10所供AC220V的零交叉。然后，控制部分70根据电流相位检测部分30所测的第一方形波与行程相位检测部分50所测的第二方形波之间的相位差生成一个信号，用来控制活塞位置。如图7A所示，控制部分70提供信号，按照图7A所示的电流相位检测部分30所测的第一方形波与图7B所示的行程相位检测部分50所产生的第二方形波之间的相位差来控制活塞位置，如图8，9所示的。据此，相位控制部分80根据来自控制部分70的控制信号控制起通角度，以便控制行程。并且随着上述步骤的重复，控制部分70检测活塞位置在顶部间隙变得最小时的位置，并提供一个信号以控制顶部间隙最小时的活塞位置。

如图5所示，一个转换部分90可以被加入到图3的系统中。转换部分90包括整流部分91和交直流转换部分92，整流部分91对行程生成部件51所产生的AC电压波形进行整流，交直流转换部分92将经整流部分91整流的AC电压波形转换为与AC电压波形相对应的DC电压波形。然后，控制部分70根据交直流转换部分92转换的DC电压波形控制操作，并完成与图4所示过程完全相同的过程。

工业应用性

如前所述，本发明的用于控制线性压缩机活塞位置的装置和方法，其优点在于，通过控制汽缸中活塞的位置，根据电流方形波与行程方形波的相位差使得顶部间隙变得最小，从而使效率和可靠性达到最佳。

尽管本发明已经参照附图和优选实施例进行了说明，但是，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本发明的各种更改，变化，和等同物由所附的权利要求书的内容涵盖。

Claims (14)

1.一种用于控制线性压缩机活塞位置的装置，所述压缩机具有一个电源、一个三端双向开关和一个电机，所述装置包括：

一个电流相位检测部分，用以检测在三端双向开关切换的电流、积分电流、并生成与积分电流相对应的第一方形波；

一个行程相位检测部分，用以根据随电机运转的活塞往复位置生成一个具有固定的频率和变化的振幅的AC电压波形，并生成与所述AC电压波形相对应的第二方形波；

一个零交叉检测部分，用以检测电源所供电压的零交叉；

和

一个控制部分，用以根据所述电流相位检测部分所测的第一方形波与所述行程相位检测部分所测的第二方形波之间的相位差生成一个用于控制活塞位置的信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电流相位检测部分包括：

一个电流检测部件，用以检测在所述三端双向开关切换的电流；

一个积分部件，用以积分在所述电流检测部件检测的电流；以及

一个第一方形波生成部件，用以生成与所述积分部件积分的电流相对应的第一方形波。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述行程相位检测部分包括：

一个行程生成部件，用以根据活塞往复位置生成一个具有固定的频率和变化的振幅的AC电压波形；和

一个第二方形波生成部件，用以生成与所述行程生成部件生成的AC电压波形相对应的第二方形波。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制部分检测在顶部间隙随第一方形波与第二方形波之间的相位差而变得最小时的活塞位置，并提供一个信号以控制顶部间隙最小时的活塞位置。

5.根据权利要求1所述的装置，还包括一个相位控制部分，用以控制起通角度，以便控制与来自所述控制部分的控制信号相对应的行程，并提供给三端双向开关。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述三端双向开关根据来自相位控制部分的起通角度，切换电源所供的电压。

7.一种用于控制线性压缩机活塞位置的装置，所述压缩机具有一个电源、一个三端双向开关和一个电机，所述装置包括：

一个电流相位检测部分，用以检测在三端双向开关切换的电流、积分电流、并生成与积分电流相对应的第一方形波；

一个行程相位检测部分，用以根据随电机运转的活塞往复位置生成一个具有固定的频率和变化的振幅的AC电压波形，并生成与所述AC电压波形相对应的第二方形波；

一个零交叉检测部分，用以检测电源所供电压的零交叉；

一个转换部分，用于对所述行程相位检测部分所检测的行程的电压波形进行整流，并将所述电压波形转换为DC波形；

一个控制部分，用以根据所述电流相位检测部分所测的第一方形波与所述行程相位检测部分所测的第二方形波之间的相位差生成一个用于控制活塞位置的信号，并且根据所述转换部分转换的DC波形控制操作。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述转换部分包括：

一个整流部分，用以对所述相位检测部分所检测的行程的电压波形整流；和

一个交直流转换部分，用以将在所述整流部分被整流的AC电压波形转换为与所述AC电压波形相对应的DC电压波形。

9.根据权利要求7所述的装置，还包括一个相位控制部分，用以控制起通角度，以便控制与来自所述控制部分的控制信号相对应的行程，并提供给三端双向开关。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述三端双向开关根据来自相位控制部分的起通角度，切换电源所供的电压。

11.一种用于控制线性压缩机活塞位置的方法，所述压缩机具有一个电源、一个三端双向开关和一个电机，所述方法包括以下步骤：

第一步骤，生成第一方形波，其与所述三端双向开关切换的电压的电流相对应；

第二步骤，生成第二方形波，所述方形波对应于电机随电压操作而产生的行程；

第三步骤，根据第一方形波与第二方形波之间的相位差，通过控制在三端双向开关切换的电压相位来控制活塞位置。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一步骤包括：

检测三端双向开关所切换的电流，以及

积分所述电流，以生成与积分电流相对应的方形波。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二步骤包括：

根据活塞往复位置生成一个具有固定的频率和变化的振

幅的AC电压波形；和

生成一个与所生成的AC电压波形相对应的方形波。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述第三步骤是提供控制信号的步骤，用于控制活塞位置使得顶部间隙根据第一方形波与第二方形波之间的相位差而变得最小。

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