專利名稱：冷卻設(shè)備和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷卻設(shè)備及其控制方法，冷卻設(shè)備包括壓縮機(jī)，其中關(guān)于運(yùn)行情況控制速度。
在冷卻設(shè)備中，當(dāng)選擇作為冷卻系統(tǒng)的部分的壓縮機(jī)時(shí)，結(jié)合該冷卻設(shè)備使用地的氣候類型考慮運(yùn)行情況極限，且因?yàn)榭紤]了艱難運(yùn)行情況，因此為此情況選擇的壓縮機(jī)的容量所規(guī)定的冷卻設(shè)備的能耗值可能高于需要的值。壓縮機(jī)容量比所需要大的事實(shí)導(dǎo)致停止和啟動(dòng)次數(shù)的增加和循環(huán)損失的增加。為消除前述缺點(diǎn)，根據(jù)構(gòu)成了冷卻設(shè)備的壽命的大部分的正常運(yùn)行情況進(jìn)行壓縮機(jī)選擇，且在需要冷卻設(shè)備在極限下運(yùn)行的情況中，壓縮機(jī)速度，即壓縮機(jī)馬達(dá)的轉(zhuǎn)數(shù)因此變化。在利用了帶有可變速度馬達(dá)的壓縮機(jī)的冷卻設(shè)備中，建立了數(shù)個(gè)控制算法來(lái)幫助確定何時(shí)壓縮機(jī)需要以正常速度運(yùn)行且何時(shí)在更高的速度下運(yùn)行。
在美國(guó)專利文獻(xiàn)US 5673568中，描述了用于利用在空調(diào)器內(nèi)的壓縮機(jī)的速度樣式的實(shí)施例，該空調(diào)器的速度樣式包括初始升高模式、最大速度模式和最小速度模式。最大速度考慮運(yùn)行停止時(shí)間期間、上次最大速度和上次最大速度的變化來(lái)選擇。
在歐洲專利文獻(xiàn)EP 0270474中，描述了其中可變速度壓縮機(jī)的新運(yùn)轉(zhuǎn)速度根據(jù)所測(cè)量的當(dāng)前環(huán)境溫度和前次環(huán)境溫度以及根據(jù)上次運(yùn)轉(zhuǎn)速度來(lái)確定的設(shè)備。
在美國(guó)專利文獻(xiàn)US 5115968中，描述了一般地用于冷卻/加熱設(shè)備內(nèi)的溫度控制系統(tǒng)。溫度調(diào)節(jié)裝置的開啟/關(guān)閉信號(hào)不僅確定了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間而且也指示了溫度誤差，溫度誤差又用于確定運(yùn)行情況。
在歐洲專利文獻(xiàn)EP 0921363中，描述了其中通過(guò)考慮可變速度壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、運(yùn)行時(shí)間期間和最佳運(yùn)行時(shí)間期間而在停止時(shí)間期間后確定新運(yùn)轉(zhuǎn)速度的設(shè)備。在可變速度壓縮機(jī)開始運(yùn)行后，如果溫度調(diào)節(jié)裝置不以某一時(shí)間間隔發(fā)出信號(hào)，則壓縮機(jī)啟動(dòng)速度增加。在啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)速度根據(jù)前次最后速度和運(yùn)行停止時(shí)間期間來(lái)確定。如果壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間期間低于作為目標(biāo)的時(shí)間期間，則在運(yùn)行停止時(shí)間期間后，保持新的啟動(dòng)速度低于前次速度，且壓縮機(jī)速度可以根據(jù)從溫度調(diào)節(jié)裝置獲得的反饋周期性增加。
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)冷卻設(shè)備及其控制方法，其中壓縮機(jī)的速度根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間和運(yùn)行停止時(shí)間期間來(lái)確定。
結(jié)合附示了為獲得以上所提及的本發(fā)明的目的而實(shí)現(xiàn)的冷卻設(shè)備和控制方法，其中

圖1是冷卻設(shè)備的示意性表示。
圖2是壓縮機(jī)、溫度調(diào)節(jié)裝置和速度控制單元的示意性表示。
圖3是圖示了在冷卻設(shè)備內(nèi)通過(guò)增加壓縮機(jī)速度來(lái)接近目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比的圖形表示。
在附圖中示出的元件的標(biāo)號(hào)為1冷卻設(shè)備2壓縮機(jī)3溫度調(diào)節(jié)裝置4速度控制單元5變換器冷卻設(shè)備(1)包括壓縮機(jī)(2)，由此進(jìn)行制冷循環(huán)，用于檢查冷卻設(shè)備(1)內(nèi)的溫度且向壓縮機(jī)(2)發(fā)出“開啟”和“關(guān)閉”信號(hào)的溫度調(diào)節(jié)裝置(3)，根據(jù)運(yùn)行情況計(jì)算壓縮機(jī)(2)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度(壓縮機(jī)(2)馬達(dá)的轉(zhuǎn)數(shù))的速度控制單元(4)和變換器(5)，由此通過(guò)利用從速度控制單元(4)獲得的信息實(shí)現(xiàn)了使壓縮機(jī)(2)以確定的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行。
在冷卻設(shè)備(1)中，壓縮機(jī)(2)運(yùn)行直至溫度降低到溫度調(diào)節(jié)裝置(3)被設(shè)定到的特定值，且同時(shí)可以測(cè)量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間(t1)。在壓縮機(jī)(2)停止后，它保持非激活，直至溫度增加到溫度調(diào)節(jié)裝置(3)被設(shè)定到的某一值，且可以測(cè)量停止時(shí)間期間(t2)。通過(guò)使用壓縮機(jī)(2)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間和停止時(shí)間期間(t1、t2)，使用如下等式確定了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt)，Rt＝t1/(t1+t2)在冷卻設(shè)備(1)的效率方面，重要的是保持運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt)在某一水平。為此原因，由制造商確定了目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)，其目的是通過(guò)降低壓縮機(jī)(2)的停止-啟動(dòng)次數(shù)且因此降低在冷卻設(shè)備(1)內(nèi)的循環(huán)損失來(lái)改進(jìn)運(yùn)行情況，且所述的比(Rth)保存在速度控制單元(4)內(nèi)。目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)確定在70％至100％之間，優(yōu)選地確定為大約75％。
在冷卻設(shè)備(1)運(yùn)行期間的任意時(shí)間期間內(nèi)計(jì)算的目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt)之間的差異定義為運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比偏差(e＝Rth-Rt)。
在冷卻設(shè)備(1)的控制方法中，使用如下的符號(hào)，同時(shí)任意(最后)的制冷循環(huán)標(biāo)識(shí)為(n)V(n)為在循環(huán)(n)內(nèi)測(cè)量的壓縮機(jī)(2)的旋轉(zhuǎn)速度t1(n)為在循環(huán)(n)內(nèi)的壓縮機(jī)(2)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間t2(n)為在循環(huán)(n)內(nèi)的壓縮機(jī)(2)的停止時(shí)間期間Rt(n)為在循環(huán)(n)內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比，Rt(n)＝t1(n)/(t1(n)+t2(n))e(n)為在循環(huán)(n)內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比偏差，e(n)＝Rth-Rt(n)在速度控制單元(4)內(nèi)，基于在上次周期(n)內(nèi)根據(jù)溫度調(diào)節(jié)裝置(3)的開啟和關(guān)閉信號(hào)確定的壓縮機(jī)(2)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間(t1(n))和停止時(shí)間期間(t2(n))的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比使用如下等式計(jì)算；Rt(n)＝t1(n)/(t1(n)+t2(n))(等式1)且在下一個(gè)循環(huán)(n+1)中，在測(cè)量了上個(gè)循環(huán)(n)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)速度(V(n))后，通過(guò)考慮涉及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt(n))、旋轉(zhuǎn)速度V(n)和目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)的信息，指令壓縮機(jī)(2)在新的速度(V(n+1))下運(yùn)行。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，速度控制單元(4)測(cè)量了壓縮機(jī)(2)在最后循環(huán)(n)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)速度(V(n))，且通過(guò)考慮在目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)和在最后(n)和在前一次(n-1)循環(huán)中的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt(n)、Rt(n-1))之間的差異(e(n)、e(n-1))，通過(guò)如下等式確定了壓縮機(jī)(2)在下一次循環(huán)(n+1)中的速度(V(n+1))；V(n+1)＝f(V(n)，e(n)，e(n-1))(等式2)在此等式中，當(dāng)計(jì)算壓縮機(jī)(2)的速度V(n+1)時(shí)，通過(guò)作為反饋送給系統(tǒng)而檢查了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比偏差(e(n)、e(n-1))，且試圖使運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt)接近目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)。因此，以上的等式(等式2)更明確地表達(dá)為以下的等式3；V(n+1)＝V(n)-(K1×e(n)-K2×e(n-1))(等式3)等式3內(nèi)的系數(shù)K1和K2是由制造商依據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的增益系數(shù)且用于設(shè)置壓縮機(jī)(2)速度的必需的速度改變以達(dá)到目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，
Kp為比例增益系數(shù)，以此使壓縮機(jī)(2)的速度與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比偏差(e(n)，e(n-1))成比例地變化。
Ki為積分增益系數(shù)，用于消除不能被比例增益系數(shù)(Kp)消除的偏差；而，K1＝Kp+KiK2＝Kp-Ki其中K1和K2是正數(shù)且K1大于K2(K1＞K2)。
由制造商確定的系數(shù)K1和K2可以關(guān)于冷卻設(shè)備(1)的門的打開和關(guān)閉的頻率和關(guān)于變化的環(huán)境溫度而改變。
在每個(gè)循環(huán)開始處的壓縮機(jī)(2)速度V(n)在壓縮機(jī)(2)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間(t1(n))期間保持恒定。
用于冷卻設(shè)備(1)的控制方法包括如下步驟-測(cè)量壓縮機(jī)(2)在循環(huán)(n)內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間(t1(n))。
-測(cè)量壓縮機(jī)(2)的速度(V(n))。
-測(cè)量壓縮機(jī)(2)的停止時(shí)間(t2(n))。
-計(jì)算運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比Rt(n)＝t1(n)/(t1(n)+t2(n))。
-計(jì)算運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比偏差e(n)＝Rth-Rt(n)。
-取得在前次循環(huán)(n-1)中的預(yù)先計(jì)算的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比偏差e(n-1)＝Rth-Rt(n-1)。
-通過(guò)考慮最后循環(huán)(n)和前一次循環(huán)(n-1)，通過(guò)使用等式V(n+1)＝V(n)-(K1×e(n)-K2×e(n-1))來(lái)計(jì)算在下一次循環(huán)(n+1)內(nèi)壓縮機(jī)(2)的速度V(n+1)。
在用于冷卻設(shè)備(1)的控制方法的一個(gè)實(shí)施例中，假定如下數(shù)字V(n)＝50HzRth＝75Rt(n)＝77Rt(n-1)＝76K1＝2K2＝1V(n+1)計(jì)算為V(n+1)＝50-(2×(-2)-1×(-1))＝53。
如果實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt(n))大于目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)，則壓縮機(jī)(2)的速度(V(n))增加以達(dá)到目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)。當(dāng)壓縮機(jī)(2)速度V(n)增加時(shí)，壓縮機(jī)(2)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間(t1(n))減小，停止時(shí)間期間(t2(n))增加，且因此實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt(n))減小，且因此接近目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)。
在用于冷卻設(shè)備1的控制方法的另一個(gè)實(shí)施例中，假定如下數(shù)字V(n)＝60HzRth＝75Rt(n)＝70Rt(n-1)＝73K1＝2K2＝1V(n+1)計(jì)算為V(n+1)＝60-(2×(5)-1×(2))＝52。
如果實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt(n))小于目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)，則壓縮機(jī)(2)的速度V(n)減小以達(dá)到目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)。當(dāng)壓縮機(jī)(2)的速度V(n)減小時(shí)，壓縮機(jī)(2)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間(t1(n))增加，停止時(shí)間期間(t2(n))減小，且因此實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt(n))增加，且因此接近目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)。
在其中需要減小壓縮機(jī)(2)的速度以達(dá)到確定的目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)但不可能將壓縮機(jī)(2)的速度降低到某一極限值以下的情況中，壓縮機(jī)(2)不依賴于目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)而以最小速度運(yùn)行。
在其中需要增加壓縮機(jī)(2)的速度以達(dá)到確定的目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)但不可能將壓縮機(jī)(2)的速度增加到某一極限值以上的情況中，壓縮機(jī)(2)不依賴于目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)而以最大速度運(yùn)行。
如果壓縮機(jī)(2)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間(t1(n))超過(guò)了確定的極限期間，則運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt(n))增加以給出限制。為增加運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt(n))，速度V(n)增加且因此在短的時(shí)間期間內(nèi)，壓縮機(jī)(2)完成了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間(t1(n))且停止。
關(guān)于考慮目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)和實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt(n))所計(jì)算的壓縮機(jī)(2)的速度(V(n+1))，速度控制單元(4)確定利用變換器(7)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)(2)還是通過(guò)對(duì)變換器(7)解除激活而直接以電網(wǎng)電壓驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)(2)。例如，如果必需使壓縮機(jī)(2)以低速度運(yùn)行，則通過(guò)電網(wǎng)電壓驅(qū)動(dòng)它，且因此不必需使用變換器(7)。
速度控制單元(4)通過(guò)限定為靈活和簡(jiǎn)單的離散時(shí)間等式的PI(比例積分)控制方法確定了適合于冷卻設(shè)備(1)的運(yùn)行情況的壓縮機(jī)(2)速度(V(n+1))，而不需要復(fù)雜的算法。
權(quán)利要求
1.一種冷卻設(shè)備(1)，其包括壓縮機(jī)(2)，由此進(jìn)行制冷循環(huán)；用于檢查冷卻設(shè)備(1)內(nèi)的溫度且向壓縮機(jī)(2)發(fā)出開啟和關(guān)閉信號(hào)的溫度調(diào)節(jié)裝置(3)，其特征在于速度控制單元(4)，該速度控制單元(4)基于在最后的循環(huán)(n)內(nèi)根據(jù)溫度調(diào)節(jié)裝置(3)的開啟和關(guān)閉信號(hào)確定的壓縮機(jī)(2)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間(t1(n))和停止時(shí)間期間(t2(n))使用等式Rt(n)＝t1(n)/(t1(n)+t2(n))計(jì)算了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比，且也在測(cè)量了上個(gè)循環(huán)(n)內(nèi)的壓縮機(jī)(2)的速度(V(n))后通過(guò)考慮涉及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt)和壓縮機(jī)(2)的速度V(n)的信息計(jì)算了壓縮機(jī)(2)在下一個(gè)循環(huán)(n+1)內(nèi)的速度(V(n+1))。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備(1)，其特征在于速度控制單元(4)，其中通過(guò)考慮在目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)和在上次(n)和前一次(n-1)循環(huán)中的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt(n)、Rt(n-1))之間的差異(e(n)、e(n-1))，通過(guò)利用等式V(n+1)＝f(V(n)，e(n)，e(n-1))計(jì)算了壓縮機(jī)(2)在下一個(gè)循環(huán)(n+1)中的速度(V(n+1))。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻設(shè)備(1)，其特征在于速度控制單元(4)，其中通過(guò)使用關(guān)于使壓縮機(jī)(2)的速度與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比偏差(e(n)，e(n-1))成比例地變化的比例增益系數(shù)(Kp)，和用于消除不能被比例增益系數(shù)(Kp)消除的偏差的積分增益系數(shù)(Ki)而計(jì)算的增益系數(shù)(K1，K2)，K1＝Kp+Ki和K2＝Kp-Ki，通過(guò)利用等式V(n+1)＝V(n)-(K1×e(n)-K2×e(n-1))計(jì)算了在下一個(gè)循環(huán)(n+1)內(nèi)壓縮機(jī)(2)的速度V(n+1)。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的冷卻設(shè)備(1)，包括變換器(5)，由此實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)(2)在通過(guò)利用從速度控制單元(4)獲得的信息所確定的速度下運(yùn)行，且其特征在于速度控制單元(4)，其中，根據(jù)考慮目標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rth)和實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比(Rt(n))所計(jì)算的壓縮機(jī)(2)的速度(V(n+1))，速度控制單元(4)確定利用變換器(7)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)(2)還是通過(guò)對(duì)變換器(7)解除激活而直接以電網(wǎng)電壓驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)(2)。
5.一種用于根據(jù)以上權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的冷卻設(shè)備(1)的控制方法，其包括如下步驟測(cè)量壓縮機(jī)(2)在循環(huán)(n)內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間期間(t1(n))；測(cè)量壓縮機(jī)(2)的速度(V(n))；測(cè)量壓縮機(jī)(2)的停止時(shí)間(t2(n))；計(jì)算運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比Rt(n)＝t1(n)/(t1(n)+t2(n))；計(jì)算運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比偏差e(n)＝Rth-Rt(n)；通過(guò)考慮最后循環(huán)(n)和前一次循環(huán)(n-1)，通過(guò)使用等式V(n+1)＝V(n)-(K1×e(n)-K2×e(n-1))計(jì)算在下一次循環(huán)(n+1)內(nèi)壓縮機(jī)(2)的速度(V(n+1))。
全文摘要
本發(fā)明涉及冷卻設(shè)備(1)及其控制方法，冷卻設(shè)備包括速度控制單元(4)，其中速度控制單元(4)通過(guò)考慮測(cè)量的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和循環(huán)時(shí)間確定了使得用于進(jìn)行制冷循環(huán)的可變轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)(2)以正常速度還是以高速度運(yùn)行。
文檔編號(hào)F25B49/02GK101095019SQ200580045790
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月3日
發(fā)明者K·厄雷尼, A·索伊薩爾, A·貝庫(kù)特, L·特茲杜亞, Y·古爾塔爾, F·奧茲卡迪, F·桑梅佐茲 申請(qǐng)人:阿塞里克股份有限公司