具有制冷剂回路的家用制冷器具及用于操作具有制冷剂回路的家用制冷器具的方法与流程

本发明涉及一种具有制冷剂回路的家用制冷器具以及一种用于操作具有制冷剂回路的家用制冷器具的方法。

背景技术：

家用制冷器具包括用于储存食物的可冷却的内室和用于冷却可冷却的内室的制冷剂回路。制冷剂回路尤其包括压缩机、连接在压缩机下游的冷凝器、连接在冷凝器下游的节流装置和布置在节流装置与压缩机之间的蒸发器。

de102010030240a1公开了这种家用制冷器具，其中，压缩机由无刷直流电机驱动。无刷直流电机通常是永久励磁式三相同步电机。无刷直流电机由换流器操控。

永久励磁式三相同步电机可以是受控的电力驱动器的一部分，其控制器可构造为原理上例如从de10206191b4为技术人员已知的场定向式控制器。利用也称为矢量控制的场定向式控制，三相同步电机的电压和电流以空间矢量的形式组合。空间矢量与固定定子坐标系相关，并与三相同步电机的转子同步地运动。为了使变量与转子相关，所述变量转换为固定转子d-q坐标系。

对于场定向式控制，控制结构优选地借助于pi控制器而形成，利用所述控制结构控制转换的电流id(纵向电流)、iq(横向电流)。这种电流控制器在串联结构内形成内部电流控制回路，其上叠加外部速度控制回路。横向电流iq在此主要提供三相同步电机的扭矩(主扭矩)。电流控制环路的用于纵向电流id的目标值通常为“零”。de10206191b4的图1示出了用于异步电机的这种控制结构。当使用三相同步电机时，省略de10206191b4中记载的磁通计算器，纵向电流id的电流控制环路的目标值为“零”。

在永久励磁式三相同步电机的情况下，例如在所谓的无刷直流电机(bldc电机)的情况下，配属于横向和纵向电流的横向电感lq和纵向电感ld可具有不同的值。因此，纵向电流id也可提供扭矩(磁阻贡献、磁阻扭矩)。

也可从de10206191b4知晓，在永久励磁式三相同步电机的情况下，如果在较高速度范围内注入场抵消电流，则速度范围可向上延伸。为此，电流控制环路的用于纵向电流id的目标值被选择为小于“零”，从而降低永久励磁式三相同步电机的总扭矩。这被称为磁场减弱模式。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种家用制冷器具，其具有可冷却的内室和设置成能够利用压缩机冷却可冷却的内室的制冷剂回路，家用制冷器具的电力驱动器设置成能够驱动压缩机，家用制冷器具具有永久励磁式三相同步电机，并且具有改进的操作响应、尤其是改进的启动响应。

本发明的目的通过一种家用制冷器具来实现，所述家用制冷器具具有：隔热的壳体，其具有可冷却的内胆，所述内胆限界出设置成能够储存食物的可冷却的内室；制冷剂回路，其设置成能够利用压缩机冷却可冷却的内室；以及受控的电力驱动器，其中，所述受控的电力驱动器具有场定向式控制器、变流器和永久励磁式三相同步电机，所述三相同步电机连接在变流器的下游，并且是压缩机的一部分或设置成能够驱动压缩机，其中，场定向式控制器具有第一电流控制回路、第二电流控制回路和叠加在电流控制回路上的速度控制回路，所述第一电流控制回路设置成能够控制产生永久励磁式三相同步电机的主扭矩的横向电流，所述第二电流控制回路设置成能够控制用于永久励磁式三相同步电机的纵向电流，所述速度控制回路根据永久励磁式三相同步电机的预定的目标速度和永久励磁式三相同步电机的实际速度产生用于第一电流控制回路的横向电流目标值，两个电流控制回路的输出信号设置成能够至少间接地操控变流器，家用制冷器具设计成能够根据可冷却的内室的冷却要求确定场定向式控制器的目标速度，以将永久励磁式三相同步电机从静止开始启动，并且能够根据预定的曲线将为第二电流控制回路提供的纵向电流目标值或其大小在第一时间段内从“零”开始调整至预定值，使得永久励磁式三相同步电机由于形成的纵向电流而产生相对于主扭矩而言附加的扭矩，从而永久励磁式三相同步电机的总扭矩大于主扭矩。

本发明的另一方面是一种用于操作家用制冷器具的方法，所述家用制冷器具具有：隔热的壳体，其具有可冷却的内胆，所述内胆限界出设置成能够储存食物的可冷却的内室；制冷剂回路，其设置成能够利用压缩机冷却可冷却的内室；以及场定向式电力驱动器，所述场定向式电力驱动器具有场定向式控制器、变流器和永久励磁式三相同步电机，所述三相同步电机连接在变流器的下游，并且是压缩机的一部分或设置成能够驱动压缩机，场定向式控制器具有第一电流控制回路、第二电流控制回路和叠加在电流控制回路上的速度控制回路，所述第一电流控制回路设置成能够控制产生永久励磁式三相同步电机的主扭矩的横向电流，所述第二电流控制回路设置成能够控制用于永久励磁式三相同步电机的纵向电流，所述速度控制回路根据永久励磁式三相同步电机的预定的目标速度和永久励磁式三相同步电机的实际速度产生用于第一电流控制回路的横向电流目标值，两个电流控制回路的输出信号设置成能够至少间接地操控变流器，所述方法具有下述方法步骤：

-为了将永久励磁式三相同步电机从静止开始启动，根据可冷却的内室的冷却要求，实现场用于定向式控制器的目标速度，以及

-根据预定的曲线，将为第二电流控制回路提供的纵向电流目标值或其大小在第一时间段内从“零”开始接近预定值，使得永久励磁式三相同步电机由于形成的纵向电流而产生相对于主扭矩而言附加的扭矩，从而永久励磁式三相同步电机的总扭矩大于主扭矩。

本发明的家用制冷器具由此构造成能够执行本发明的方法。

本发明的家用制冷器具包括具有内胆的隔热的壳体，所述内胆限界出可冷却的内室。可冷却的内室设置成能够储存食物，并借助于制冷剂回路被冷却。

可冷却的内室优选地可借助于门扇被关闭。门扇优选地安装成能够相对于优选地竖直地延伸的轴线枢转。可冷却的内室在打开状态下可被接近。

制冷剂回路本身理论上为本领域技术人员已知，并且包括压缩机、尤其以及连接在压缩机下游的冷凝器、连接在冷凝器下游的节流装置和布置在节流装置与压缩机之间的蒸发器。

在本发明的家用制冷器具的操作期间，压缩机借助于永久励磁式三相同步电机被驱动。永久励磁式三相同步电机也可以是压缩机的一部分。

在压缩机的操作期间，永久励磁式三相同步电机例如通过电子控制装置或温度控制器以确定的或预定的速度运行。因此，永久励磁式三相同步电机是受控的电力驱动器的一部分。受控的电力驱动器基于用于改进的控制响应的场定向式控制。

场定向式控制器包括两个电流控制回路，其中的第一电流控制回路设置成能够控制横向电流，第二电流控制回路设置成能够控制永久励磁式三相同步电机的纵向电流。两个电流控制回路的输出信号设置成能够至少间接地操控变流器。第一电流控制回路的参考变量尤其是横向电流目标值，第二电流控制回路的参考变量尤其是纵向电流目标值。

第一电流控制回路可优选地具有第一电流控制器，第二电流控制回路可优选地具有第二电流控制器。所述两个电流控制器优选为pi电流控制器。用于第一电流控制器的输入信号优选为横向电流实际值相对于横向电流目标值的偏差，用于第二电流控制器的输入信号优选为纵向电流实际值相对于纵向电流实际值的偏差。

速度控制回路叠加在两个电流控制回路上，所述速度控制回路根据永久励磁式三相同步电机的预定的目标速度和永久励磁式三相同步电机的实际速度产生用于第一电流控制回路的横向电流目标值。速度控制回路的参考变量优选地为永久励磁式三相同步电机的目标速度。

速度控制回路优选地包括速度控制器，所述速度控制器尤其实施为pi速度控制器。用于速度控制器的输入信号优选为实际速度相对于目标速度的偏差。

如引言已经阐述的那样，横向电流负责永久励磁式三相同步电机的主扭矩。然而，在永久励磁式三相同步电机的情况下，纵向电流也可产生附加的扭矩，这在相应地应用的情况下增大永久励磁式三相同步电机的总扭矩。在无刷直流电机的情况下尤其是这样，这就是为什么永久励磁式三相同步电机优选为无刷直流电机的原因。

为了改进压缩机或永久励磁式三相同步电机的启动响应，根据本发明，首先在永久励磁式三相同步电机静止的情况下，例如借助于电子控制装置，基于可冷却的内室所需的冷却，确定目标扭矩，以便相应地操作场定向式控制器或速度控制回路或速度控制器。这产生主扭矩。

为了在启动期间获得相对于主扭矩的附加的扭矩，根据本发明，相应地预先确定纵向电流目标值。根据本发明，为第二电流控制回路提供的纵向电流目标值或其大小在第一时间段内从“零”开始调整或增大到预定值，使得永久励磁式三相位同步电机的总扭矩大于主扭矩。由于纵向电流目标值或其大小也在第一时间段内根据预定的曲线被接近、优选地持续增大，因此，不需要纵向电流目标值的复杂的计算，从而使得家用制冷器具的计算功率可相当低。

在第一时间段期间，纵向电流目标值或其大小的持续增大优选为斜坡式。所述调整、优选地所述持续增大的曲线优选地储存在查询表中。查询表例如可以是电子控制装置的一部分。所述曲线也可借助于数学公式来确定。

一旦永久励磁式三相同步电机被启动，则可使纵向电流目标值再次减小至“零”。

因此，根据一个实施例，一旦永久励磁式三相同步电机达到稳定的工作点，就使用于将纵向电流目标值或其大小减小至“零”，以便以等于“零”的纵向电流目标值操作场定向式控制器。例如当目标速度与实际速度之间的偏差低于预定值时，可识别出稳定的工作点。

根据一个实施例，优选地使纵向电流目标值或其大小在预定的第二时间段之后减小至“零”，以便然后以等于“零”的纵向电流目标值操作场定向式控制器。由于第二时间段是预先确定的，所以又只需要相当小的计算功率。第二时间段尤其选择成具有使得永久励磁式三相同步电机可靠地到达稳定工作点的长度。

尤其为了相当稳健地实施电力驱动器，纵向电流目标值或其大小优选地根据预定的曲线在预定的第三时间段内从其预定值减小至“零”。该曲线优选为斜坡式的和/或优选地储存在查询表中。

另外为了能够以相对高的速度运行永磁激励的三相同步电机，可使电力驱动器以磁场减弱模式运行。

附图说明

附图中示例性地示出了本发明的示例性实施例，其中：

图1示出了家用制冷器具的透视图，

图2示出了家用制冷器具的制冷剂回路，

图3示出了用于制冷剂回路的压缩机的以场定向的方式控制的电力驱动器，以及

图4示出了场定向式控制器的电流控制器的一部分。

具体实施方式

图1示出了家用制冷器具1的透视图，所述家用制冷器具包括具有内胆2的隔热的壳体10，所述内胆限界出可冷却的内室3。可冷却的内室3设置成用于储存食物(未详细示出)。

在本示例性实施例中，家用制冷器具1具有用于封闭可冷却的内室3的可枢转的门扇4。门扇4尤其以可相对于一竖直轴线枢转的方式安装。如图1所示，当门扇4打开时，可接近可冷却的内室3。

在本示例性实施例中，用于储存食物的多个门搁架5布置在门扇4的面向可冷却的内室3的方向的表面上。特别地，用于储存食物的多个隔间底部6布置在可冷却的内室3中，特别地，其中可储存食物的抽屉7布置在可冷却的内室3的下部区域中。

家用制冷器具1包括如图2所示的用于冷却可冷却的内室3的制冷剂回路20。在本示例性实施例中，可冷却的内室3的制冷剂回路20包括压缩机21、连接在压缩机21下游的冷凝器22、连接在冷凝器22下游的尤其实施为节流管或毛细管的节流装置23、以及布置在节流装置23与压缩机21之间的蒸发器24。压缩机21优选地布置在家用制冷器具1的机械室内，所述机械室尤其位于抽屉7的后方。

在本示例性实施例中，家用制冷器具1包括电子控制装置8，所述电子控制装置8设计成能够以本领域技术人员所周知的方式操控制冷装置、尤其制冷剂回路20的压缩机21，使得可冷却的内室3至少基本上具有预定的或可预定的目标温度。电子控制装置8优选地设计成能够控制可冷却的内室3的温度。在需要的情况下，为了获得可冷却的内室3的实际温度，家用制冷器具1可具有连接至电子控制装置8的至少一个温度传感器(未详细示出)。

为了操控或控制制冷剂回路20，家用制冷器具包括受控的电力驱动器30，如图3所示，所述受控的电力驱动器具有永久励磁式三相同步电机，所述电机优选地实施为无刷直流电机31。无刷直流电机31耦接至压缩机21，或者是压缩机21的一部分，并根据需要依据由电子控制装置8预定的目标速度nsoll驱动所述压缩机。基于可冷却的内室3的预期的冷却、例如基于可冷却的内室3的当前温度和目标温度，尤其由电子控制装置8计算或预先确定目标速度nsoll。

受控的电力驱动器30包括用于驱动无刷直流电机31的控制元件。控制元件实施为变流器32，并且在电力驱动器30的操作期间产生三相或多相电压，所述电压的基本振荡具有作为无刷直流电机31的目标速度nsoll和实际速度nist的间接函数的基本频率和幅度。

在本示例性实施例中，受控的电力驱动器30具有测量装置33，所述测量装置用于测量无刷直流电机31的相电流i1,2,3并确定实际速度。测量装置33根据需要编辑无刷直流电机31的确定的实际速度nist和测得的相电流i1,2,3，使得无刷直流电机31的确定的实际速度nist和测得的相电流i1,2,3可被受控的电力驱动器30的场定向式控制器34处理成适当的形式。如在本示例性实施例中所设置的那样，实际速度nist例如可由测得的相电流i1,2,3来确定。然而，也可利用适当的传感器直接测量实际速度nist。

在本示例性实施例中，受控的电力驱动器30的控制是基于场定向式控制。这种控制的主要控制结构例如从如引言中所引用的de10206191b4已知。电力驱动器30的场定向式控制与常规的场定向式控制之间的本质区别在于预先确定家用制冷器具1的操作期间的尤其用于启动压缩机21或无刷直流电机31的纵向电流id的目标值。

场定向式控制器34形成与内部电流控制回路的串联结构，外部速度控制回路叠加在所述内部电流控制回路上。

对于场定向式控制，形成借助于电流控制回路控制转换的横向和纵向电流iq、id的控制结构。在本示例性实施例中，电流控制回路优选地包括用于横向电流iq的第一电流控制器41和用于纵向电流id的第二电流控制器41。这两个电流控制器41、42尤其是pi控制器。

在本示例性实施例中，场定向式控制器34实施成能够将无刷直流电机31的相电流i1,2,3转换为与无刷直流电机31的转子有关的固定转子纵向和横向电流实际值is,d、is,q。横向电流iq的目标值iq,soll与横向电流实际值is,q之间的偏差是用于第一电流控制器41的输入信号，纵向电流目标值id,soll与纵向电流实际值is,d之间的偏差是用于第二电流控制器42的输入信号。

所述两个电流控制器41、42的输出信号对应于转换的电压uq、ud，所述转换的电压uq、ud借助于转换器(未示出但理论上为本领域技术人员已知)转换为适于操控变流器32的信号。

在本示例性实施例中，横向电流目标值iq,soll由该外部速度控制回路得出，所述横向电流目标值作为目标速度nsoll和实际速度nist的函数、尤其作为由测得的和预定的目标速度nsoll得出的速度偏差nabw的函数被计算。

在本示例性实施例中，速度控制回路包括速度控制器43，所述速度控制器优选地实施为pi控制器。速度控制器43的输出信号是横向电流目标值iq,soll。

无刷直流电机31实施成使得纵向电流id也能够产生扭矩形成分量，所述扭矩形成分量以相对应的纵向电流id相对于通过横向电流iq产生的主扭矩附加地起作用。由此，可以以相应的纵向电流id将总扭矩增大到大于无刷直流电机31的主扭矩。

在本示例性实施例中，家用制冷器具1实施成能够根据操作模式产生不同的纵向电流目标值id,soll。纵向电流目标值id,soll优选地保存在查询表中，所述查询表尤其储存在电子控制装置8中，或借助于数学方程式来确定。

关于当前可适用哪一纵向电流目标值id,soll的决定在图4中通过功能块44示出，所述功能块44致动功能切换器45。

当压缩机21启动时，即当静止的无刷直流电机31启动至目标速度nsoll时，在本示例性实施例中，电子控制装置8首先预先确定用于无刷直流电机31的目标速度nsoll。受控的电力驱动器30也首先以启动模式运行，如图4中功能性地由功能块af1和af2所示出的那样。.

在启动模式下，纵向电流目标值id,soll或其大小首先根据预定的曲线从“零”开始持续地增大，直到纵向电流目标值id,soll或其大小达到预定值。纵向电流目标值id,soll在此选择成使得无刷直流电机31由此产生相对于由横向电流iq产生的主扭矩而言附加的扭矩，所述附加的扭矩由于持续增大的纵向电流id而变得更大，使得无刷直流电机31的总扭矩大于主扭矩。持续增大的曲线永久地预先确定并优选地储存在查询表中。

纵向电流目标值id,soll或其大小优选地以斜坡式的方式从“零”开始增大，如由功能块af1所示的那样。对于启动模式的该部分，功能块44将功能切换器45切换至切换位置“a1”.

在本示例性实施例中，纵向电流目标值id,soll或其大小的增大为时间控制式，即纵向电流目标值id,soll或其大小在预定的第一时间段t1之后达到其预定值。当达到所述预定值时，纵向电流id的矢量和横向电流iq的矢量在稳定状态或调整状态下具有限定的角度。

在本示例性实施例中，使纵向电流目标值在启动模式结束后、尤其在无刷直流电机31达到稳定的工作点之后设定为“零”，并且尤其以相当低的速度或以优选地小于最大速度的0.6倍的低于最大速度的速度运行。这在图4中通过功能块n示出.

例如在由测得的实际速度nist和预定的目标速度nsoll得出的速度偏差nabw低于预定值时，达到稳定的工作点。

然而，在本示例性实施例中，也使纵向电流目标值id,soll在第一时间段t1结束后的预定的第二时间段t2之后设定为“零”。当纵向电流目标值id,soll设定为“零”时，功能切换器45切换至切换位置“b”。

然而，在本示例性实施例中，纵向电流目标值id,soll不突然地设定为“零”，而是从其预定值连续地返回到“零”。这优选地在预定的第三时间段t3内执行。纵向电流目标值id,soll或其大小优选地从预定值开始以斜坡式的方式减小，如功能块af2所示。

对于启动模式的该部分，功能块44将功能切换器45切换至切换位置“a2”。

在本示例性实施例中，还使无刷直流电机31能够以更高的速度运行。为了实现这一点，电力驱动器30可在磁场减弱模式下运行，如图4中的功能块fs所示。永久励磁式三相同步电机的磁场减弱模式理论上为本领域技术人员已知，因此在此不再赘述。

在磁场减弱模式中，将场抵消电流注入无刷直流电机31中。为此，纵向电流目标值id,soll被选择为小于“零”。对于磁场减弱模式，功能切换器45切换至切换位置“d”。

附图标记列表

1家用制冷器具

2内胆

3可冷却的内室

4门扇

5门搁架

6隔间底部

7抽屉

8电子控制装置

10壳体

20制冷剂回路

21压缩机

22冷凝器

23节流装置

24蒸发器

30受控的电力驱动器

31无刷直流电机

32变流器

33测量装置

34场定向式控制器

41、42电流控制器

43速度控制器

44功能块

45功能切换器

af1、af2功能块

a1、a2、b、c切换位置

fs、n功能块

is,d纵向电流实际值

is,q横向电流实际值

iq,soll横向电流目标值

id,soll纵向电流目标值

i1,2,3相电流

nsoll目标速度

uq、ud转换的电压

nabw速度偏差