用于控制变速压缩机的速度的方法
【专利摘要】一种用于控制变速压缩机(1)的速度的方法，所述变速压缩机形成包括恒温器(5)的制冷系统的一部分，所述恒温器包括布置在封闭体积内部的温度传感器(2)。在一方面中，测量从制冷系统被切换到ON状态起所逝去的时间tactual并比较所述tactual与预定阈值tset。在tactual达到tset的情况下，使变速压缩机(1)的速度增加一量vspeed_up，其中vspeed_up是初始速度vstart的预定百分数。在另一方面中，根据tend与tset之间的比值并根据vstart为制冷系统的下一个操作周期确定变速压缩机(1)的初始压缩机速度vstart_next。
【专利说明】用于控制变速压缩机的速度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于控制变速压缩机的速度的方法，具体地涉及一种形成诸如冷却系统、冷冻系统、空调系统或热泵的制冷系统的一部分的变速压缩机。
【背景技术】
[0002]制冷系统通常包括沿制冷剂路径布置的一个或更多个压缩机、排热换热器(诸如成冷凝器的形式或成气体冷却器的形式)、膨胀装置以及一个或更多个蒸发器。在制冷剂路径中流动的制冷剂之后被交替地压缩和膨胀，并且在排热换热器处热量被从制冷剂排出，同时在蒸发器(一个或多个)处被充满热量。因此，制冷系统适于控制排热换热器的区域和/或蒸发器(一个或多个)的区域中的温度。如果封闭体积被围绕排热换热器布置，则制冷系统对封闭体积提供加热，而如果封闭体积被围绕蒸发器(一个或多个)布置，则制冷系统对封闭体积提供冷却。
[0003]在一些现有技术的制冷系统中，应用定速压缩机。定速压缩机可以仅在ON(开启)状态和OFF(关断)状态之间进行切换，在开启状态中压缩机以固定的预定速度运行，在OFF状态中压缩机没有运行。可以基于从用于控制封闭体积内部的温度的恒温器接收到的ON (开启)/ OFF (关断)信号简单地控制这种压缩机，因此这种压缩机通常不需要单独的控制器。
[0004]在其它现有技术制冷系统中，应用变速压缩机。在变速压缩机中，可以改变压缩机的速度以调节正在被压缩机压缩的制冷剂的量，例如用于满足制冷系统的制冷负载，和/或用于以节能的方式操作制冷系统。可以以连续的方式改变速度，或者可以步进地改变所述速度。为了正确地控制这样的变速压缩机的速度，压缩机通常需要单独的压缩机控制器。
[0005]EP0931236B1公开了一种用于压缩机的速度控制的方法。根据一个实施例，测量压缩机的0N(开启)时间，并且比较所述ON时间与两个时间tl和t2，并且如果在第一时间tl之前恒温器断开，则控制布置降低压缩机的电机速度；如果在第一时间tl之后但在第二时间t2之前恒温器断开，则保持电机速度；如果恒温器直到时间t2才断开，则增加电机速度。此外，在ON(开启)时间段的期间可以增加压缩机的速度。在下一个ON时间段内，压缩机可以以低于前一个时间段的最终速度的速度起动，这是因为已经从所述最终速度减去固定速度，用于计算下一个时间段的起动速度。
[0006]EP0921363B1公开了一种用于管理用于制冷或冷冻设备的压缩机电机的转速的方法。当恒温器在预定时间内没有切断压缩机的电机时，测量直到所述设备被切断的时间，并且连续地或步进地增加压缩机电机的转速。当压缩机电机被再次启动时，压缩机电机的速度低于在前一个周期期间内的压缩机电机的最终速度。由前一个周期的起动速度、前一个周期的最终速度和前一个周期的时间差获得起动速度。
【发明内容】
[0007]本发明的实施例的目的是提供一种用于控制变速压缩机的速度的方法，其中与现有技术的控制方法相比较能量消耗被减少。
[0008]本发明的实施例的又一个目的是提供一种不需要额外的控制器的用于控制变速压缩机的速度的方法。
[0009]本发明的实施例的进一步又一个目的是提供一种允许以容易且简单的方式控制压缩机的速度的用于控制变速压缩机的速度的方法。
[0010]本发明的实施例的进一步又一个目的是提供一种即使在变化的外界条件下也能够提供压缩机的低能耗的用于控制变速压缩机的速度的方法。
[0011]根据第一方面，本发明提供了一种用于控制变速压缩机的速度的方法，所述变速压缩机形成被布置成控制封闭体积内部的温度的制冷系统的一部分，所述制冷系统还包括冷凝器、膨胀装置、蒸发器和恒温器，所述恒温器包括布置在封闭体积内部的温度传感器，所述方法包括以下步骤:
[0012]恒温器将制冷系统切换到ON状态，
[0013]以初始速度Vstart操作变速压缩机，
[0014]测量从制冷系统被切换到ON状态起所逝去的时间taetual，
[0015]比较测量时间taetual与预定阈值tset，以及
[0016]在tartual达到tset的情况下，使变速压缩机的速度增加一量vspeed—up，其中vspeed—up是初始速度Vstart的预定百分数。
[0017]根据本发明的第一方面的方法是一种用于控制变速压缩机的方法，即能够以例如连续或步进的方式改变压缩机电机的转速的压缩机。变速压缩机可以例如是旋转螺杆压缩机、涡旋压缩机、或任何其它适合类型的变速压缩机。
[0018]变速压缩机形成制冷系统的一部分。如上所述，在本上下文中，术语“制冷系统”应该被解释为表示诸如制冷剂的流体介质的流在其中循环并被交替压缩和膨胀由此提供对封闭体积的制冷或加热的任何系统。因此，制冷系统可以例如是空调系统、热泵、冷却系统等。因此，制冷系统还包括沿着制冷剂路径布置的冷凝器、例如为膨胀阀形式的膨胀装置、和蒸发器。制冷系统进一步包括恒温器，所述恒温器包括布置在封闭体积内部的温度传感器。因此，制冷系统被控制，使得根据来自恒温器的信号将封闭体积内部的温度保持在期望水平或在期望温度区间内。
[0019]包括在恒温器中的温度传感器感测温度并使来自恒温器的信号采取两种状态中的一种。这些状态可以例如被描述为ON / OFF,OPEN / CLOSED,OVER TEMPERATURE / UNDERTEMPERATURE。这种温度传感器可以包括双金属条、水银容器、NTC(负温度系数)元件、或其它本领域所公知的技术。恒温器的设计的内在之意在于二元(ON / OFF)输出对于其他设备(在本情形中是压缩机速度控制器)是可以利用的。在制冷系统的领域所常见的是，如上所述的恒温器建造在制冷机壳体中，其中压缩机和压缩机控制器在制造过程的后一的阶段被装配到所述制冷机壳体。因此如果压缩机控制器可以使用由这种恒温器提供的ON /OFF信号，则这是极为有利的。
[0020]包括如上所述的温度传感器的恒温器可以进一步包括控制何时改变恒温器的状态的温度设定装置。
[0021]在根据本发明的第一方面的方法中，恒温器最初将制冷系统切换到ON状态。因此，恒温器指示封闭体积内部的温度已经达到阈值，并且需要由制冷系统提供的加热或冷却以保持封闭体积内部的期望温度。为了提供其，制冷系统被切换到ON状态，制冷剂循环通过制冷剂路径并被交替压缩和膨胀。
[0022]响应于制冷系统被切换到ON状态，变速压缩机被启动，并且以初始速度Vstart操作。可以以任何适当的方式选择初始速度vstart，但是优选地尽可能低地选择初始速度Vstart,同时允许封闭体积内部的期望温度在合理的时间内被达到。这将在以下被进一步详细描述。
[0023]然后，测量从制冷系统被切换到ON状态起所逝去的时间tac;tual，并且比较测量的时间Utual与预定阈值tsrt。阈值tsrt可以例如是达到封闭体积内部的期望温度的理想的时间长度。如果非常快速地达到期望温度，则在变速压缩机以较低速度操作的同时也能够获得可接受的结果，从而减小变速压缩机的能量消耗。另一方面，如果从制冷系统被切换到ON状态直到达到封闭体积内部的期望温度为止逝去长的时间段，则可能期望的是压缩机以较高的速度操作，用于更快地达到期望温度并减小压缩机操作的时间。这也可以减少变速压缩机的能量消耗。因此，tsrt可以被有利地选择成使得，如果封闭体积内部的期望温度在时刻tset达到，以上考虑被平衡并且变速压缩机的能量消耗被最小化。[0024]如果tartual达到tsrt，并且还没有达到封闭体积内部的期望温度，则变速压缩机的速度被增加，因为这是初始速度Vstart太低以致于不能确保在合理的时间内达到封闭体积内部的期望温度的指示。因此，变速压缩机的速度被增加，用于更快地达到封闭体积内部的期望温度。
[0025]变速压缩机的速度增加一量Vsprad up。期望变速压缩机的速度可以立即增加量Vs_d—up。这种步进的增加是有益的，这是因为系统的效率在较高的压缩机速度下可能会较低，并且延迟速度增加直到最佳的时间增加制冷系统的总效率为止。Vspeed—up是初始速度Vstart的预定百分数。因此，变速压缩机的速度增加的量取决于压缩机的初始速度。因此，如果压缩机以相对高的速度起动，则速度也增加相对大的量。类似地，如果压缩机以相对低的速度起动，则速度也增加相对小的量。因此，极有可能的是压缩机的增加速度将足以确保快速达到封闭体积内部的期望温度，且不需要高到压缩机的能量消耗被过度增加。因此，根据本发明的第一方面的方法，变速压缩机的速度被控制使得变速压缩机以尽可能低的速度操作，同时确保在合理的时间内达到封闭体积内部的期望温度。因此，压缩机的能量消耗被最小化。此外，这仅根据从恒温器接收到的ON / OFF信号和测量的时间tartual获得，即，在不需要(例如成额外的控制器形式的)额外的硬件的情况下以简单的方式执行所述方法。最后，由于在封闭体积内部的期望温度没有在指定时间内达到的情况下变速压缩机的速度被增加，例如，由于外界条件的变化，因此可以调节变速压缩机的速度以匹配外界条件的这种变化。
[0026]所述方法可以进一步包括以下步骤:
[0027]在增加变速压缩机的速度的步骤之后，继续测量从制冷系统被切换到ON状态起所逝去的时间
tactual，
[0028]比较测量的时间tac;tual与第二预定阈值tset2，其中tsrt 2大于tsrt，以及
[0029]在tac;tual达到tsrt2的情况下，使变速压缩机的速度增加一量vsp<up—2，其中vsp<
up—2 丁.Vspeed—up ο
[0030]根据该实施例，如果在时刻或时间tsrt增加变速压缩机的速度之后的特定时间tset2封闭体积内部的期望温度仍然没有达到，则变速压缩机的速度进一步增加。第二阈值tsrt—2可以例如被选定为tsrt的特定百分数。在这种情况下，当时间tsrt已经被超过预定百分数时进一步增加变速压缩机的速度。如果达到tsrt 2并且封闭体积内部的期望温度仍然还没有达到，则其是增加的速度vstart+vspMd—up也不足以允许在合理的时间内达到封闭体积内部的期望温度的指示。因此进一步增加变速压缩机的速度。
[0031]变速压缩机的速度在这种情况下增加大于第一速度增量v_d up的量up2。因此，如果到达tsrt 2，则速度增加稍微更加积极，以允许快速达到期望温度。
[0032]Vspeed up 2还可以是初始速度Vstart的百分数。然而，在这种情况下，所述百分数应该
大于用于计算Vsp66d—up的百分数。例如，Vsprad up可以初始速度Vstart的5%，而Vspeed up 2可以是初始速度Vstart的10%。
[0033] 可以设想在变速压缩机的速度第二次增加之后继续测量从制冷系统被切换到ON状态起所逝去的时间Utual的意义上重复上述过程。在tac;tual达到第三阈值的情况下，可以更进一步地增加变速压缩机的速度。第三速度增量可以大于第二速度增量vspMd—up—2。甚至可以想到的是重复所述过程，并且变速压缩机的速度可以增加四次、五次、六次等，直到达到封闭体积内部的期望温度，并且制冷系统由恒温器被切换到OFF状态。在这种情况下，每一速度增量可以大于前一个速度增量，从而提供变速压缩机的速度的逐渐地积极的增加。
[0034]根据一个实施例，变速压缩机可以以Vstart操作直到达到tsrt为止，从tsrt以Vstart (1+0.05)操作直到 tset(l+0.10)为止，从 tset(l+0.10)以 Vstart (1+0.10)操作直到 tset (1+0.20)为止，从 tset (1+0.20)以 Vstart (1+0.20)操作直到 tset (1+0.30)为止，从tset (1+0.30)以 Vstart (1+0.40)操作直到 tset (1+0.40)为止，从 tset (1+0.40)以 Vstart (1+0.80)操作直到tsrt(l+0.50)为止等。根据该实施例，每此增加速度时，速度增加的量翻倍。然而，应该注意的是可以使用用于增加变速压缩机的速度的任何其它适当的方案。
[0035]所述方法可以进一步包括以下步骤:
[0036]恒温器将制冷系统切换到OFF状态，
[0037]记录时间tmd，所述时间tmd为从制冷系统被切换到ON状态直到制冷系统被切换到OFF状态为止所逝去的时间，
[0038]比较记录的时间tend与预定阈值tset，
[0039]根据所述比较确定变速压缩机在制冷系统的下一个操作周期的初始速度Vstart
next?以及
[0040]响应于恒温器将制冷系统切换到ON状态，以速度Vstart next操作变速压缩机。
[0041]根据该实施例，恒温器响应于封闭体积内部的温度达到期望温度而将制冷系统切换到OFF状态。之后，记录为从制冷系统被切换到ON状态直到封闭体积内部的期望温度达到为止并因此恒温器将制冷系统切换到OFF状态所逝去的当前时间的时间tmd。在恒温器将制冷系统切换到OFF状态的时刻，压缩机也可以被关闭。
[0042]比较记录的时间tend与阈值tset。假设tset被选择为从制冷系统被切换到ON状态直到达到封闭体积内部的期望温度的最佳或理想时间，则期望tmd尽可能地接近tset。因此，所述比较显示压缩机是否以适当的速度操作，或者是否已经是更加有能量效率的用于以更高或更低的速度操作压缩机。因此，基于所述比较，确定变速压缩机在制冷系统的下一个操作周期的初始速度vstart—nra￡t，从而允许压缩机在下一个周期期间的速度比刚刚完成的操作周期期间的情形更好地匹配主要的操作条件。
[0043]根据一个实施例，确定初始速度Vstart nrart的步骤可以包括在tmd大于tsrt的情况下选择大于Vstart的速度vstart—n?t，和在小于tsrt的情况下选择小于Vstart的速度vstart—n?t。如果tmd大于tsrt，则将花费比期望的更长的时间达到封闭体积内部的期望温度。因此，合理的是假定在前一个操作周期期间选择的初始速度Vstart事实上太低以致于不允许在期望的时间内达到封闭体积内部的期望温度。因此为下一个操作周期选择更高的初始速度Vstart—next以允许在下一个操作周期期间更快地达到封闭体积内部的期望温度。
[0044]类似地，如果tmd小于tsrt，则比预期更快达到封闭体积内部的期望温度。因此，合理的是假定其已经可以在合理时间内达到封闭体积内部的期望温度，同时压缩机以较低的速度操作。因此，在这种情况下为下一个操作周期选择较低的初始速度vstart—nrat。
[0045]可以根据tmd与tset之间的比值tmd / tset确定下一个操作周期的初始速度vstart—next°根据该实施例，如果tmd接近tsf;t,则仅提供初始速度的细微调节,而如果tmd远离tsf;t,则提供初始速度的较大调节。
[0046]可选地或此外，可以根据变速压缩机在制冷系统的前一个操作周期期间的速度的平均值确定vstart—next。根据该实施例，在tend大于tset，并且压缩机的速度因此以上述方式逐渐增加的情况下，在确定下一个操作周期的初始速度vstart—nrart时考虑在前一个周期期间总的速度增加。例如，如果tmd远小于tsrt，并因此需要多次速度增加以达到封闭体积内部的期望温度，则合理的是假定在前一个操作周期期间的变化的速度的平均值表示压缩机的适当速度，从而允许在期望时间内达到封闭体积内部的期望温度。
[0047]根据一个实施例，可以如下计算Vstart Mxt:
[0048]Vstart next=Vmean.(tend / tset)，
[0049]其中v_n是在前一个操作周期期间变速压缩机的速度的平均值。
[0050]根据另一个实施例，可以如下计算Vstart Mxt:
[0051]Vstart next=Vmean.((d.(tset-tend) +tend) / tset),
[0052]其中d是调节下一个操作周期的初始速度Vstart Mxt的阻尼因子，用于避免从一个操作周期到下一个操作周期(例如由外界条件变化(例如，制冷系统上的负载或环境温度所引起)的压缩机的初始速度的不期望的振荡。如果d=l，Vstart Mxt=v_n，即，下一个操作周期的初始速度被选择为前一个周期的平均速度。如果d=0,则vstart—nrart=vm_(tmd / tsd),即，根据比值tmd / tsrt调节下一个操作周期的初始速度。
[0053]可以基于tmd与tsd之间的比值，即基于tmd被证明究竟距离tsd多远并且tmd大于还是小于tsrt，通过增加提高速度Vbwst来进一步调节如上所述地计算的初始速度。例如，可以根据下述方案选择Vbwst:
[0054]
【权利要求】
1.一种用于控制变速压缩机(I)的速度的方法，所述变速压缩机(I)形成被布置成控制封闭体积内部的温度的制冷系统的一部分，所述制冷系统还包括冷凝器、膨胀装置、蒸发器和恒温器(5)，所述恒温器包括布置在封闭体积内部的温度传感器，所述方法包括以下步骤: 恒温器(5)将制冷系统切换到开启状态， 以初始速度Vstart操作变速压缩机(I)， 测量从制冷系统被切换到开启状态起所逝去的时间tartual， 比较所测量的时间Utual与预定阈值tsrt，以及 在tartual达到tsrt的情况下,使变速压缩机⑴的速度增加一量VspMd—up，其中VspMd—up是初始速度Vstart的预定百分数。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤: 在增加变速压缩机(I)的速度的步骤之后，继续测量从制冷系统被切换到开启状态起所逝去的时间tactual， 比较所测量的时间Utual与第二预定阈值tsrt—2，其中tsrt—2大于tsrt，以及 在Utual达到tset—2的情况下,使变速压缩机⑴的速度增加一量vsprad—up—2,其中vspMd—up—2 丁.Vspeed—up ο
3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括以下步骤: 恒温器(5)将制冷系统切换到断开状态， 记录时间tmd，所述时间tmd为从制冷系统被切换到开启状态直到制冷系统被切换到断开状态为止所逝去的时间， 比较记录的时间tmd与预定阈值tsrt， 根据所述比较来确定变速压缩机(I)在制冷系统的下一个操作周期的初始速度vstart—next?以及 响应于恒温器(5)将制冷系统切换到开启状态，以速度Vstart nrart操作变速压缩机(I)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中确定初始速度VstartMxt的步骤包括:在tend大于tset的情况下，选择大于Vstart的速度Vstart—nrart，以及在小于tsd的情况下选择小于Vstart的速度 Vstart next O
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中根据tmd与tsrt之间的比值tmd/ tset确定Vstart_next °
6.根据权利要求3—5中任一项所述的方法，其中根据在制冷系统的前一个操作周期期间变速压缩机⑴的速度的平均值确定vstart—nra￡t。
7.一种用于控制变速压缩机(I)的速度的方法，所述变速压缩机(I)形成被布置成控制封闭体积内部的温度的制冷系统的一部分，所述制冷系统还包括冷凝器、膨胀装置、蒸发器和恒温器(5)，所述恒温器包括布置在封闭体积内部的温度传感器，所述方法包括以下步骤: 恒温器(5)将制冷系统切换到开启状态， 以初始速度Vstart操作变速压缩机(I)， 恒温器(5)将制冷系统切换到断开状态， 记录时间tmd，所述时间tmd为从制冷系统被切换到开启状态直到制冷系统被切换到断开状态为止所逝去的时间， 确定在制冷系统的下一个操作周期中变速压缩机(I)的初始压缩机速度Vstart—Mxt，其中根据与预定阈值tsrt之间的比值并根据Vstart确定Vstart—nrart。
8.根据权利要求7所述的方法，其中进一步根据阻尼因子d确定VstartMxt。
9.根据权利要求7或8所述的方法，进一步包括以下步骤: 在制冷系统已经被切换到开启状态之后且在制冷系统被切换到断开状态之前，测量从制冷系统被切换到开启状态起所逝去的时间tac;tual， 比较测量时间Utual与预定阈值tsrt，以及 在tac;tual达到tsrt的情况下，使变速压缩机⑴的速度增加一量v_d—up。
10.根据权利要求9所述的方法，其中Vspradup是初始速度Vstart的预定百分数。
11.根据权利要求9或10所述的方法，进一步包括以下步骤: 计算在从制冷系统被切换到开启状态直到制冷系统被切换到断开状态为止所逝去的时间期间变速压缩机⑴ 的平均速度vm_，并且其中进一步根据vm_确定vstart—nra￡t。
【文档编号】F25B49/02GK103913024SQ201410010143
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2013年1月9日
【发明者】克劳斯·施密特, 乌尔里希·格里斯, 拉尔夫·卡普, 尤尔根·埃瓦尔德·格拉泽, 迈克尔·德林 申请人:思科普有限责任公司