制冷系统中的控制方法和系统以及制冷系统的压缩机与流程

本发明涉及一种通过基于对制冷系统的参数的监测来实施至少一个控制逻辑的所述制冷系统中的压缩机的控制方法和控制系统。本发明还涉及一种制冷系统的压缩机。

背景技术：

近几十年来，随着电子工业的进步，制冷领域已经被彻底改变。当与具有恒定速度的那些技术相比时，所开发的技术允许压缩机更小、更有效率，并且具有经改进的性能。这些结果仅可能是因使用电子逆变器所致，所述电子逆变器以不同速度激活马达，从而允许将制冷能力调节到瞬时需求的可能性。

首先，不同于需要简单机械恒温器的常见开/关压缩机，可变容量压缩机依赖于电子控制器来调节所期望的速度。由于此解决方案包括待实施的额外成本，因此最初已经形成障碍来在制冷市场中支持此技术。

然而，在观察到效率改进的全球目标和利用先前已知的构思的可能性之后，开发了本例程。此资源允许使用具有相同机械恒温器的变速压缩机作为用于接通和关断的输入信号，但是允许逆变器基于压缩机的当前状态来决定最佳速度。这意味着设备的原始制造商的系统无变化，或无其它额外成本，以及来自所述解决方案的更好性能。

原始的构思被设想成基于热需求调适制冷能力，也就是说，根据由压缩机的电动马达感受到的负载，其速度可以增加或减少。更具体来说，基于对例如电气量值的行为的验证，可以确定压缩机的马达中的负载的行为（趋势），尤其是关于基于负载的行为在制冷系统中作出某些决定。

例如，pct国际申请号wo98/15790、美国专利us7,228,694b2以及还有美国专利文献号us2013/0064684a1描述基于目标时间的解决方案，缺少被配置成稳定制冷系统的特定参数并且辨识扰动的例程、步骤和部件。

到目前为止，所述解决方案在家用电器领域中充分发挥作用，住宅用户是此资源的主要用户类型。然而，随着开/关技术向商业领域中的逆变器的迁移，其中存在具有不同特性的许多系统，此解决方案被证明是过时的。

这是因为变速压缩机需要控制电子恒温器，这增加系统的成本。与此相关的是，效率水平未被优化，因为其没有考虑制冷机中的安装容量，并且由于其并不对系统中的扰动作出响应的事实而使其性能降低。

更具体来说，在现有技术中，我们没有观察到如下解决方案：其被配置成实现给定循环以便稳定制冷系统的负载（例如转矩）并且还基于对与所提及的系统相关的一系列量值的测量来监测制冷系统中的扰动的发生或其它方面。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种用于制冷系统中的压缩机的控制方法和控制系统。

本发明的一个目的是提供一种用于制冷系统中的压缩机的控制方法和控制系统，其允许在对压缩机的速度的控制中使用开/关恒温器。

本发明的一个目的是提供一种用于制冷系统中的压缩机的控制方法和控制系统，其允许根据用户的期望调节时间循环。

本发明的一个目的是测量制冷系统的主要电气和机械参数。

本发明的一个目的是识别并校正制冷系统中的扰动，并且针对所提及的制冷系统以更高效率的角速度激活压缩机。

本发明的一个目的是提供一种根据本发明的控制方法和系统配置的变速压缩机。

本发明的目的借助于一种用于使用至少一个通用逻辑和一个专用逻辑来控制制冷系统中的压缩机的控制方法和控制系统来实现，其中所述通用逻辑包括测量转矩的至少一个步骤和测量循环时间的步骤，并且所述专用逻辑包括监测扰动的至少一个步骤。

附图说明

下文应该基于在附图中表示的执行的示例来更详细地描述本发明。所述图示出以下内容：

图1–是负载的速度和温度的波形；

图2–是循环的例示，其在目标时间的50%之前结束；

图3–是循环的例示，其在目标时间的50%与80%之间结束；

图4–是循环的例示，其在目标时间的80%与100%之间结束；

图5–是循环的例示，其在目标时间之后结束；

图6–是从逆变器接通时的时刻开始的使用单位增益的完整波形的例示；

图7–是从逆变器接通时的时刻开始的增益等于2的完整波形的例示；

图8–是具有将在循环中发生的给定步数的完整波形的例示。

具体实施方式

原则上，本发明涉及一种用于控制制冷系统中的压缩机的方法和系统。因此，制冷系统优选地意味着配置在通常用于家用用途（家用电器）和商业用途这两者的装置和设备（例如冰箱、冰柜和制冷机）中的系统。

此外，本发明所涉及的压缩机被配置为变速压缩机。更具体来说，所提及的压缩机被配置成与也是本发明的目的的方法和系统的特征兼容。

在一般意义上，本发明优选地通过基于对制冷系统的参数的监测而实施至少一个控制逻辑来配置，下文将更详细地描述其。

如此，在本发明的一种配置中，为了此逻辑的有效实施，压缩机的控制方法被配置成在一般意义上执行至少以下步骤：

–获得先前负载(cprev)和当前负载(catu)；

–获得所测量的循环时间(tciclo)和目标时间(talvo)，其中所述目标时间(talvo)由用户规定。

重要的是，观察到，在一种配置中，例如基于转矩的测量获得先前负载(cprev)和当前负载(ccurrent)。然而，可替代地，这些负载可以通过与制冷系统的负载相关的其它特征（诸如例如电流）的测量和/或验证获得。

显然，所述负载的性质不是本发明的限制，使得可以通过验证不同特征来实现本发明的目的。

除此之外，观察到，目标时间(talvo)可以像开启时间或关闭时间那样配置，或者甚至例如配置为运行时间比。

制冷系统中的压缩机的控制方法的一种配置通过通用逻辑和专用逻辑发生。

包括本发明的目的的方法的通用逻辑基本上涉及制冷系统的压缩机在其整个工作时间期间的预期行为以及此资源的主要例程。在一种配置中，此逻辑可以分成若干循环，例如包括下拉循环和正常循环。

当制冷系统的逆变器充能时，配置下拉状态。在此状态中，压缩机以最佳（理想）速度（例如所准许的最大速度）操作，并且还可以在达到最佳速度之前以中间速度操作。无论哪种方式，压缩机的此操作都被配置成产生制冷系统的更多冷却能力以减少下拉时间（设定点，也就是说，制冷系统达到给定温度并从而实现稳定性的时间）。维持此状态直到下拉循环（状态）结束。

为了识别下拉状态的结束，当关断制冷系统的恒温器时，所述系统将所测量的最终负载与先前循环的相同测量结果进行比较。如果此变化在一时间间隔内，则下拉将结束；如果不在，则系统重复此过程。

如此，通用逻辑包括被至少配置成具有一个负载稳定循环的测量负载的至少一个步骤（下拉循环）和被配置为正常循环的一个循环时间测量步骤。

在此配置中，执行以下步骤：

–在转矩稳定循环中获得先前负载(cant)与当前负载(catu)之间的差；

–在正常循环中将所测量的循环时间(tciclo)与目标时间(talvo)进行比较，其中正常循环被配置为压缩机的角速度控制循环。

如先前所提及的，本发明的方法包括获得先前负载(cant)和当前负载(catu)的步骤。

如此，观察到，在一种配置中，在负载稳定循环中，实现至少获得一个先前负载(cant)、当前负载(catu)和循环负载(ccpd)的步骤。

此外，负载稳定循环包括将循环负载(ccpd)与参考负载(cref)进行比较的额外步骤，所述参考负载(cref)先前规定。基于此比较结果，确定所提及的负载稳定循环是否结束。如果未结束，则重复负载值的比较，如先前所提及的。观察到，此步骤表征所提及的负载稳定循环的结束或其它方面的验证。这是因为制冷系统的热负荷趋于随时间的推移而减小，从而导致所获得的负载循环(ccpd)也下降，但是随着压缩机马达失去旋转，这可以保持恒定。应注意，负载稳定循环被配置成优化制冷系统的制冷能力并且最小化热负荷的温度均化时间。

同样重要的是，应注意，循环负载(ccpd)优选地通过先前负载(cant)与当前负载(catu)之间的差获得。

在此情形下，如先前所述，负载稳定循环重复，而循环负载(ccpd)大于或等于参考负载(cref)。

为例示此配置，图1示出负载的速度和温度的波形。在此图中可以观察到，循环之间的负载变化指示负载的温度仍然不稳定（均匀），并且系统应该保持在负载稳定循环中。

然而，当负载变化（例如，图1中的点a和b）在指定时间间隔内（也就是说，循环负载(ccpd)小于参考负载(cref)）时，应理解，温度均匀且稳定。因此，制冷系统可以针对后续循环（也就是说，针对正常循环）改变其操作。

同样关于图1，重要的是，应注意，即使热负荷尚未稳定，恒温器也可以随时关断制冷系统。如此，恒温器的传感器可以检测设定点的温度，并且例如即使温度不均匀也根据其位置和系统的气流来关断制冷系统。除此之外，如果检测到扰动，则可以中断所述循环以引起除霜循环。

关于图1，应注意，可以在五个循环期间看到负载稳定循环（或下拉循环）。此后，当达到稳定点（也就是说，当前负载(catu)低于参考负载(cref)）时，制冷系统的操作被改变为正常循环。

应注意，在本发明中没有像温度传感器那样的额外传感器。如此，如已经描述的，从压缩机的电气量值推断出与热负荷的温度相关的量值。此外，热负荷可以例如被理解为待由制冷系统冷却的物体。

关于正常循环，这必须被理解为被配置成选择操作压缩机的最佳速度以便实现所期望循环时间的例程。此循环时间由用户通过特定接口（例如计算机程序、工具或应用）限定。

如先前所提及的，本发明的方法包括获得所测量的循环时间(tciclo)和目标时间(talvo)的步骤，其中目标时间(talvo)由用户规定。应该观察到，目标时间(talvo)可以像开启时间、关闭时间那样配置，或者还例如配置为运行时间比。如此，在一种配置中，在正常循环中执行此步骤。

此外，正常循环可以包括将所测量的循环时间(tciclo)与目标时间(talvo)进行比较的额外步骤以及选择压缩机的所期望的角速度(ωnext)的额外步骤，其中压缩机的所期望的角速度(ωnext)被配置成优化制冷系统的效率。

在一个实施例中，压缩机的所期望的角速度(ωnext)基于以下中的至少一者来选择：压缩机的当前速度(ωcurrent)、增益(agr)和速度步长单位(ωssu)，还考虑从所测量的循环时间(tciclo)与目标时间(talvo)之间的比较获得的结果。

为例示此配置，下文列举与关于先前所提及的参数对所期望的角速度(ωnext)的选择相关的四种可能情形。在这些示例中，观察到，速度步长单位(ωssu)呈现为200rpm的值，并且增益(agr)必须被理解为先前规定的参数。重要的是，应注意，这些仅是本发明的一种可能配置的示例，并且并不具有与其相关的限制性特性：

情形a：

在此情况下，当循环在目标时间(talvo)的50%之前结束时，压缩机将减少3个速度步长乘以增益(agr)，如图2中考虑100分钟的目标时间(talvo)所例示：

等式1

情形b：

在此情况下，当循环在目标时间(talvo)的50%与80%之间结束时，压缩机将减少1个速度步长，如图3中考虑100分钟的目标时间(talvo)所例示：

等式2

情形c：

在此情况下，当循环在目标时间(talvo)的80%与100%之间结束时，压缩机将针对下一个循环维持相同速度，如图4中考虑100分钟的目标时间(talvo)所例示：

等式3

情形d：

在此情况下，当循环超过目标时间(talvo)时，系统关于每一给定时间周期使速度增加1个速度步长乘以增益(agr)，如图5中考虑100分钟的目标时间(talvo)和针对速度增加的20分钟的时间周期所例示。因此，最后的速度将是下一速度：

等式4

同样重要的是，应注意，本发明可以被配置成还在特定情况（情形d）下起作用，其中目标时间(talvo)小于循环时间(tciclo)，并且系统在短时间内保持在给定速度（在所提及的示例的情况下，小于所规定的时间周期–20分钟，也就是说，其仅在所规定的时间周期的一部分内、而不在整个时间周期内保持在此速度）。在此情况下，下一速度(ωnext)将被配置为最后的速度(ωatual-1)之前的速度，即：

等式5。

图6表示从逆变器接通时的时刻开始的使用单位增益(agr)(agr=1)的完整图表。在此图中，在接通之后，观察到，制冷系统在前四个循环内保持在负载稳定循环中。此后，调节速度，直到所述循环达到所期望的时间（第一和第二循环）。在第三循环中，观察到，系统稳定。

如果出于某种原因，目标时间(talvo)在不关断压缩机的情况下逝去，则速度将例如每20分钟增加一次，如在第四和第五循环中所观察到的那样。基于先前示例，观察到，如果用户希望改变增益(agr)，则可能使系统或多或少“具有侵略性”。

因此，像图6一样，图7也表示完整图表，但是使用等于2的增益(agr)(agr=2)。

显然，先前所提及的值仅是将用于本发明中的可能示例，并且不应被理解为限制其特性。

重要的是，观察到，在一种配置中，还可以使用与制冷系统或连接到其的部件相关的其它参数来选择压缩机的所期望的角速度(ωnext)，诸如例如压缩机的容量、电流或瞬时速度。

主要在图6和图7中例示的结果是在循环期间使用恒定速度获得的。这意味着，速度仅在循环之间或者在目标时间(talvo)已经逝去时改变。

然而，本发明的一种配置还允许将在循环中发生的步数(netapas)的配置。通过此参数，所述控制基于目标时间(talvo)并且考虑所述步数(netapas)加一个单位（也就是说，netapas+1）来增加速度。

因此，例如，如果目标时间(talvo)是60分钟、并且步数(netapas)等于3（也就是说，talvo=60分钟，并且netapas=3），则速度将每15分钟增加一次，如图8中所例示。

如此，如主要在上述示例和实施例中可观察到的那样，所述正常循环被配置为压缩机的角速度控制循环。

关于专用逻辑，这被配置为主要监测压缩机的马达的转矩的例程，所述转矩与负载的温度成比例。发生此监测是为了解决系统的扰动和异常情况。

此类扰动包括例如冰箱门的打开、热气体阻碍、除霜等等。在一般意义上，扰动可以被理解为具体是热扰动，其可以导致制冷系统中的热负荷增加。

基于转矩变化曲线，可以检测“签名”（图案、指纹），并且作出与压缩机的操作相关的决定，例如其速度是否改变。

如此，专用逻辑包括监测扰动并从而允许制冷系统在极端和异常情况下操作的至少一个步骤。

为此，专用逻辑被配置成至少实现以下步骤：

–通过对一组顺序负载(csc)的监测改变压缩机的角速度；

–基于所述组顺序负载(csc)检测制冷系统中的扰动。

如此，专用逻辑与通用逻辑并行操作，使得其操作在系统的稳定之后开始并且是周期性的。此外，此逻辑被配置成在检测制冷系统中的扰动时控制压缩机的角速度，其中对制冷系统中的扰动的检测基于所述组顺序负载(csc)发生，其中压缩机的角速度被改变并被配置成优化制冷系统的制冷能力并且实现目标温度。

关于所提及的一组顺序负载(csc)，其可以被理解为与制冷系统相关的至少一量值的一组测量结果，其中测量可以例如在给定时间周期内实现，其中时间间隔(int)也是预先确定的。

为例示所提及的一组顺序负载(csc)的一个可能特性，在一种可能配置中，此组负载包括一时间周期内转矩的n个测量结果（校准），其中样本以特定时间间隔(int)校准。

在转矩的情况下，在第三次校准之后，分析所述组顺序负载(csc)的样本，目的是通过所验证量值的可能变化来检测负载变化图案。如果检测到图案，则压缩机的马达的角速度将改变，并且校准将在制冷系统的稳定之后再次开始。否则，如果未检测到任何东西，则移动所述组顺序负载(csc)的样本（丢弃第一个，第二个变成第一个，第三个变成第二个等等），并且在所述时间间隔(int)之后校准另一样本。

同样，应该强调的是，所提及的值仅是示例，并且不应视为对本发明的限制。除此之外，替代配置可以包括例如使用量值闭群（closedgroup）来形成所述组顺序负载(csc)或甚至随时间的增量，使得具有上文所提及的移动的配置不应被理解为对本发明的限制。

具体地，关于图案（指纹）的检测，这些可以基于转矩变化的计算（δ1、δ2），如先前所述并且还如以下公式中所述。在此示例中应该观察到，所述组顺序负载(csc)由所测量的负载1、2和3（分别为cmed1、cmed2和cmed3）组成。因此，我们观察到：

等式4a

等式4b

因此，将所计算的参数（δ1、δ2）与参考参数进行比较。

一种配置还提供在制冷系统断开时（也就是说，在无例如转矩的参数（所测量的负载）要被测量和考虑时）对扰动的检测。

因此，为检测在系统断开（无转矩要被测量）时可能发生的扰动，使用所测量的第一负载的变化，也就是说，在制冷系统接通之后在已经稳定的情况下测量的负载。

如果此测量变化大于预先设定的极限（例如最后一个循环的30%），则应理解，扰动在断开时发生，使得针对最大值限定马达的角速度。

因此，基于所述特性，预见一种方法，其被主要配置成识别和校正制冷系统中的扰动，并且以针对所提及的制冷系统具有更大效率的角速度激活压缩机。

重要的是，应注意，制冷系统的所述效率可以不同于压缩机马达（孤立地）的效率。如此，换句话说，本发明如所描述被配置成以针对所提及的制冷系统的最佳角速度激活压缩机，并且可以等于或可以不等于压缩机自身的最佳速度。

本发明还包括一种制冷系统中的压缩机控制系统。

所述系统基本上包括压缩机、测量单元、恒温器和数据处理单元，其借助于实施至少一个通用逻辑和一个专用逻辑来配置，具有先前提及的特性。

关于本系统的部件，压缩机像可变容量压缩机那样配置。

然而，测量单元像如先前所述能够测量负载（例如转矩、电流和电压）的装置那样配置。

恒温器继而被配置成验证与制冷系统中的热交换和温度变化相关的数据。

数据处理单元被配置成从其它部件接收经验证的数据，并且主要作用在制冷系统上，用于如先前所述那样命令步骤、循环和动作的实现。

在本发明的上下文中，这些主要部件包括因此被配置成允许先前所述的控制方法的实施的控制系统。

除此之外，值得一提的是，此系统还包括至少一个待冷却的环境，使得在此环境中实现主要与制冷系统中的热交换和温度变化相关的校准。

此外，观察到，制冷机可以根据本发明来配置，因此配备有允许在此描述的控制方法的实施的制冷系统。

最后，本发明还包括一种像先前所述方法和系统那样配置的压缩机，其中所述压缩机优选地像可与上述特性兼容的变速压缩机那样配置。

已经提供对优选具体实施方式的示例的描述，但是应理解，本发明的范围包括其它可能变化，仅受所附权利要求的内容的限制，从而包括可能的等效方案。