專利名稱：檢測離心式壓縮機(jī)中的喘振的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及喘振檢測裝置，并特別涉及用來檢測諸如制冷系統(tǒng)等壓縮機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的壓縮機(jī)中喘振的方法和裝置。
如一般所知，喘振或波動是發(fā)生在諸如離心式壓縮機(jī)等壓縮機(jī)工作在輕負(fù)荷和高壓力比時的不穩(wěn)定狀態(tài)。這是一種瞬變的現(xiàn)象，其特征為壓力和流動的高頻振蕩，并在某些情形下，出現(xiàn)全部逆向通過壓縮機(jī)的流動。如果對這種喘振不加以控制，則會引起壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)和靜止部件中過分的振動，其結(jié)果將會造成壓縮機(jī)永久的損壞。特別是，在喘振狀態(tài)存在通過壓縮機(jī)壓力和流動的瞬間降低的現(xiàn)象。而且，在壓縮機(jī)驅(qū)動軸出現(xiàn)凈力矩和機(jī)械動力的降低。在驅(qū)動裝置是電動機(jī)的情形下，力矩和動力的振蕩將引起電動機(jī)電流的振蕩和過量的電能消耗。
雖然已經(jīng)使用了若干喘振檢測裝置和系統(tǒng)，但是，需要改進(jìn)的喘振檢測結(jié)構(gòu)，特別地但不是唯一地，用于具有由電動機(jī)驅(qū)動的離心式壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)。
于是，本發(fā)明旨在用于檢測壓縮機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的壓縮機(jī)中喘振的改進(jìn)的方法和裝置，該檢測是通過檢測壓縮機(jī)的抽吸和排出壓力、或這些值的表示壓力，并更為具體來說，是通過向微處理器讀取這些被檢測參數(shù)的原始值并周期地對跨過壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓力大小進(jìn)行采樣而進(jìn)行的。本發(fā)明進(jìn)而旨在用于檢測喘振的改進(jìn)的方法和裝置，這是通過檢測施加到驅(qū)動壓縮機(jī)電動機(jī)的可變速電動機(jī)驅(qū)動器上的電流的大小、或表示到電動機(jī)的輸入功率的參數(shù)，并更具體來說，通過向周期對檢測的參數(shù)進(jìn)行采樣的微處理器施加檢測的電流值，最好是DC電流而進(jìn)行的。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，被檢測的參數(shù)周期地與稍早的數(shù)值比較，且微處理器使用為確定喘振狀態(tài)出現(xiàn)的時間而設(shè)計的預(yù)選程序。預(yù)選程序是為采用本發(fā)明的特定的壓縮機(jī)系統(tǒng)而設(shè)計的，并根據(jù)本申請中所述的原理而公開的。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例采用這里所述的壓力檢測和電流檢測兩種技術(shù)以檢測喘振。當(dāng)在制冷系統(tǒng)中檢測到喘振時，這時系統(tǒng)改變提供給壓縮機(jī)電動機(jī)的驅(qū)動頻率，以消除或盡量降低喘振的不良結(jié)果。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種系統(tǒng)基本上避免了相關(guān)技術(shù)的局限性和缺陷所導(dǎo)致一個或多個問題。
本發(fā)明其它的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在以下的說明中闡明，并部分地能夠從說明中顯示出來，或者通過本發(fā)明的實(shí)施而得知。通過書面的說明及其權(quán)利要求以及附圖中具體指出的方法和裝置將能夠理解和得知本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)這些和其它優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)如這里概括和所述的本發(fā)明的目的，本發(fā)明包括一個用于具有由離心式壓縮機(jī)驅(qū)動的負(fù)荷的流體系統(tǒng)中的喘振檢測系統(tǒng)，壓縮機(jī)最好通過電壓源可變速驅(qū)動器供電的電動機(jī)驅(qū)動。在一個實(shí)施例中，喘振檢測系統(tǒng)包括用于檢測跨過壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓差的裝置。在其它實(shí)施例中，系統(tǒng)包括用于檢測表示可變速驅(qū)動器輸入功率的電流的裝置。在另一實(shí)施例中，系統(tǒng)包括這兩種檢測裝置。喘振檢測系統(tǒng)還包括響應(yīng)壓差的變化、和/或被檢測電流的計算裝置，其中計算裝置對一個或兩個檢測的參數(shù)周期地采樣，并把檢測的數(shù)值與一個或多個預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，以確定實(shí)際喘振在壓縮機(jī)中出現(xiàn)的時間。
在一個方面，喘振檢測系統(tǒng)包括用于檢測冷凝器壓力的裝置和用于檢測蒸發(fā)器壓力的裝置。這些檢測的壓力直接與壓縮機(jī)排出和抽吸壓力相關(guān)。在該實(shí)施例中，計算裝置響應(yīng)冷凝器和蒸發(fā)器的壓力，周期地比較這些壓力，執(zhí)行進(jìn)一步周期施加的程序，并指示在壓縮機(jī)中實(shí)際的喘振何時發(fā)生。
在另一方面，本發(fā)明包括一種用于檢測具有由電壓源可變速驅(qū)動器供電的電動機(jī)驅(qū)動的離心式壓縮機(jī)的制冷系統(tǒng)中喘振、和控制該系統(tǒng)以消除或盡量降低由不加控制的壓縮機(jī)喘振會引起的不良狀態(tài)的方法。該方法包括以下步驟檢測冷凝器壓力，檢測蒸發(fā)器壓力，檢測表示可變速驅(qū)動器的輸出功率的電流，對檢測的數(shù)值周期進(jìn)行采樣以便確定壓縮機(jī)中何時發(fā)生實(shí)際的喘振，以及當(dāng)檢測到喘振時向可變速驅(qū)動器施加校正控制信號。該方法可以這樣實(shí)施，使得僅基于檢測的壓力、或電流值確定喘振，或能夠這樣設(shè)計，使得僅當(dāng)檢測的壓力和檢測的電流值兩者都指示喘振發(fā)生時將確定喘振發(fā)生。
可以理解，以上概括的說明和以下詳細(xì)的說明只是示例和解釋性的，并不是對權(quán)利要求所述本發(fā)明的限制。
包含有附圖以便提供對本發(fā)明進(jìn)一步的理解，并納入且組成本說明書的一部分，解釋本發(fā)明的實(shí)施例并與說明書一同用來說明本發(fā)明的原理。


圖1是本發(fā)明的喘振檢測裝置的框圖，該裝置用于具有由電壓源可變速驅(qū)動器供電的電動機(jī)驅(qū)動的離心式壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)；圖2是表示圖1的自適應(yīng)功率控制板和壓力輸入的較詳細(xì)的框圖；圖3是表示圖1的自適應(yīng)功率控制板、電壓源可變速驅(qū)動器、和可變速驅(qū)動器電流輸入的較詳細(xì)的框圖；圖4和圖5是用于理解圖1-3中本發(fā)明的操作原理的圖示；以及圖6(a)-(d)是通過流程圖表示由對于圖2的壓力輸入和對于圖3的電流輸入的自適應(yīng)功率控制板的微處理器所進(jìn)行的操作的更為詳細(xì)的圖示。
現(xiàn)在將詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其例子示于附圖中。凡是可能出現(xiàn)之處，相同的標(biāo)號在所有的附圖中用來指示相同或類似的部件。
開始就應(yīng)當(dāng)明了，本發(fā)明是為制冷系統(tǒng)及這種系統(tǒng)的控制而開發(fā)的。然而，雖然本發(fā)明與制冷系統(tǒng)的關(guān)系表明其當(dāng)前最佳的應(yīng)用，但是這一公開并不是要限制本發(fā)明廣泛的范圍或意義。由于本發(fā)明是關(guān)于檢測壓縮機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的壓縮機(jī)中喘振的一種方法和裝置，故本發(fā)明可用于其它領(lǐng)域和裝置中。
用于具有由電動機(jī)驅(qū)動的離心式壓縮機(jī)的制冷或冷卻系統(tǒng)中的本發(fā)明的喘振檢測裝置的示例性實(shí)施例示于圖1，并一般由標(biāo)號10標(biāo)記。制冷系統(tǒng)和自優(yōu)化控制系統(tǒng)的部件與美國專利No.4,608,833[以下稱為“833專利”]的原理中所公開的部件相同，該專利向本發(fā)明的受讓人轉(zhuǎn)讓，并在此結(jié)合作為對比。833專利表示并說明了可適于使用這里所公開的喘振檢測裝置的這樣一個制冷系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。
在833專利中，對于基于水冷裝置的逆變器驅(qū)動離心式壓縮機(jī)示出自優(yōu)化功率控制系統(tǒng)，其中可調(diào)的入口導(dǎo)向葉片和壓縮機(jī)的速度都是響應(yīng)連續(xù)變化“得知”的冷卻器喘振表面而被自動調(diào)節(jié)的，以便實(shí)現(xiàn)冷卻器整體最小能耗。為了獲得“得知”的喘振表面，控制系統(tǒng)包括用于啟動“學(xué)習(xí)”方式的微處理器，其中壓縮機(jī)電動機(jī)速度連續(xù)逐漸降低，并且預(yù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向葉片移動到更開放的位置，直到找到壓縮機(jī)喘振的工作點(diǎn)。
為了便于對本發(fā)明的說明，圖1中與制冷系統(tǒng)簡化的型式相聯(lián)系示出喘振檢測裝置10。制冷系統(tǒng)包括離心式壓縮機(jī)12、冷凝器14、膨脹裝置16及蒸發(fā)器18，所有這些串聯(lián)形成傳統(tǒng)的封閉的制冷回路。在壓縮機(jī)12中制冷氣體被壓縮，且壓縮的氣體傳送到冷凝器14，在此諸如來自冷卻塔的水等冷卻介質(zhì)引起壓縮氣體冷凝為液體冷卻劑。液體冷卻劑在通過膨脹裝置16時向蒸發(fā)器18膨脹。在液體冷卻劑流過蒸發(fā)器18時，來自建筑物的循環(huán)水與冷卻劑處于熱交換關(guān)系，以使液體冷卻劑呈現(xiàn)出蒸發(fā)狀態(tài)以便向壓縮機(jī)的吸入口傳送。這樣，水在用于冷卻建筑物的蒸發(fā)器18中被冷卻。為了響應(yīng)冷卻的要求或負(fù)荷的變化，改變進(jìn)入建筑物的制冷量，壓縮機(jī)12的功率通過調(diào)節(jié)通過制冷系統(tǒng)的冷卻劑流量而被調(diào)節(jié)，以改變其功率。
本發(fā)明的制冷系統(tǒng)還包括具有主微處理器板36的冷卻器控制板34。感應(yīng)電動機(jī)20向離心式壓縮機(jī)12提供動力。感應(yīng)電動機(jī)20最好由電壓源可變速驅(qū)動器22驅(qū)動。如圖3所示，電壓源可變速驅(qū)動器22最好包含AC到DC轉(zhuǎn)換器部分24、平滑DC脈動的低通DC濾波器部分26、DC到AC逆變器部分28、以及具有微處理器32和A/D轉(zhuǎn)換器33的逆變器邏輯板30。
一般知道，如果允許喘振經(jīng)常并長時間發(fā)生，則喘振會引起壓縮機(jī)永久性的損壞。這樣在任何應(yīng)用中，重要的是獲知壓縮機(jī)何時有喘振?，F(xiàn)在將參照圖1的制冷系統(tǒng)詳細(xì)說明本發(fā)明的喘振檢測裝置10。一般來說，喘振檢測系統(tǒng)10包括裝在制冷系統(tǒng)的冷卻器控制板34內(nèi)的自適應(yīng)功率控制板44。
具體來說，喘振檢測系統(tǒng)10包括置于冷凝器14中的第一壓力傳感器38，以便產(chǎn)生作為冷凝器14中的絕對或表壓力的函數(shù)的信號。第二壓力傳感器40置于蒸發(fā)器18中，用于產(chǎn)生作為蒸發(fā)器18中的絕對或表壓力的函數(shù)的信號。另外，傳感器38和40可以分別位于壓縮機(jī)12的排出管路和抽吸管路。在每一種情形下，傳感器都將檢測表示壓縮機(jī)12的排出和抽吸壓力的各壓力。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓縮機(jī)中發(fā)生喘振時，排出壓力(或冷凝器處的壓力)降低并趨向抽吸壓力(或蒸發(fā)器處的壓力)。本發(fā)明向微處理器施加由兩個傳感器檢測的實(shí)際壓力，其中檢測的壓力用于計算與延遲的數(shù)值周期地進(jìn)行比較的壓差，以確定何時發(fā)喘振已經(jīng)發(fā)生。在優(yōu)選實(shí)施例中，這些延遲的數(shù)值依據(jù)檢測的壓力和然后呈現(xiàn)的延遲數(shù)值之間的差的比較而周期地改變。通過實(shí)驗(yàn)和分析的結(jié)果，已經(jīng)開發(fā)出優(yōu)選的程序以便基于這些廣泛的原則檢測喘振。用于圖1所示系統(tǒng)的優(yōu)選程序的一例在以下說明，但是本發(fā)明并不僅限于這特定的程序。
在優(yōu)選實(shí)施例中，自適應(yīng)功率控制板44位于冷卻器控制板34內(nèi)，并與冷卻器控制板34的主微處理器板36及第一和第二壓力傳感器38、40連接。如圖2所示，自適應(yīng)功率控制板44包括用于接收冷凝器壓力和蒸發(fā)器壓力模擬形式的信號并允許每一壓力信號分別輸出的多路復(fù)用器46。然后每一壓力信號向A/D轉(zhuǎn)換器48輸出，A/D轉(zhuǎn)換器48用于把選擇的壓力信號轉(zhuǎn)換為最后輸出到微處理器50的數(shù)字信號。微處理器50接收數(shù)字式壓力信號，并周期地確定冷凝器和蒸發(fā)器壓力信號之間的差，以便產(chǎn)生壓差值(dp)?；卺槍唧w的壓縮機(jī)及其所屬的系統(tǒng)所檢測到的壓力和通過經(jīng)驗(yàn)與分析工作產(chǎn)生的閾值，微處理器50周期地比較這一壓差值與預(yù)測控制值，并采用為檢測喘振而設(shè)計的程序。優(yōu)選實(shí)施例的微處理器50和程序的操作一般地示于圖6中并在以下說明。
為了提供對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例操作的理解，現(xiàn)參照圖4。圖4(a)中，示出出現(xiàn)在壓縮機(jī)12中脈動的并可以表示喘振事件的典型的檢測到的壓差信號(dp)。當(dāng)沒有喘振發(fā)生時排出和抽吸壓力之間的差保持相對不變。圖4(a)中，表示由自適應(yīng)功率控制板44的微處理器50所生成的變量的dp lag值用來檢測喘振，并且如果dp超過dp_lag，則被自動設(shè)置成等于dp。如果dp降落到dp_lag以下，則dp_lag最好以預(yù)選的速率降低到趨近dp，一種工作速率是0.1 psi每秒。這一速率可隨應(yīng)用而改變。如圖4(a)所示，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果沒有喘振發(fā)生，這一變量相當(dāng)接近地滯后，如果不是等于實(shí)際的dp值。
圖4(b)表示在實(shí)際的喘振事件期間典型的檢測壓差信號，以及微處理器50如何調(diào)整dp_lag變量。如圖4(b)所示，要使壓差的變化稱得上是實(shí)際的喘振，程序的優(yōu)選實(shí)施例要求滿足四個條件。兩個發(fā)生在任意指定的軟件狀態(tài)零，至少一個條件發(fā)生在軟件狀態(tài)一，且一個發(fā)生在軟件狀態(tài)二。在數(shù)值(dp_lag-dp)超過指示dp上已經(jīng)發(fā)生負(fù)轉(zhuǎn)變的預(yù)選的閾值[圖4(b)中的閾值1]時，(在軟件狀態(tài)零)滿足第一和第二條件。在用于圖1的制冷系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，這時這一數(shù)值必須至少對于預(yù)選的時間(最好100毫秒)連續(xù)保持低于該閾值而滿足第二條件。當(dāng)這兩個條件滿足時，設(shè)置五秒鐘定時器(定時器可以依據(jù)用途從二到十秒鐘變化)，且微處理器自動進(jìn)入軟件狀態(tài)一。
在第一和第二條件滿足之后，第三條件連續(xù)對軟件狀態(tài)一中后繼的dp信號采樣。在本優(yōu)選實(shí)施例中，第三條件的dp信號在軟件狀態(tài)一下當(dāng)數(shù)值(dp_lag-dp)超過第二預(yù)選閾值[圖4(b)中的閾值2]至少達(dá)340毫秒時被滿足。超過閾值2的時間周期可能對于不同的應(yīng)用有相當(dāng)變化。對于如圖1中所示的系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的類型該時間周期可以從200到750毫秒變化。如果滿足第三條件的dp信號，則微處理器自動進(jìn)入軟件狀態(tài)二，且設(shè)置dp_lag等于dp。舉例來說，對低壓壓縮機(jī)閾值1最好為0.5 psi，而對高壓壓縮機(jī)為3.4 psi。閾值可以隨應(yīng)用而變化。在優(yōu)選實(shí)施例中，閾值2最好比閾值1大百分之十到二十。
在第一到第三條件滿足之后，第四個條件要求進(jìn)一步對dp信號采樣。第四條件的dp信號滿足軟件狀態(tài)二的要求，即當(dāng)至少檢測到兩個連續(xù)的正轉(zhuǎn)變[Δdp_lag＞0，見圖4(b)]時。如果在預(yù)選的時間周期內(nèi)(在優(yōu)選實(shí)施例中，為五秒)第三和第四條件不滿足，則自動重新進(jìn)入軟件狀態(tài)零，且過程重新開始。而且，在第三條件滿足時通過設(shè)置dp_lag為dp,dp_lag自動重新供給下一個喘振事件。如果在五秒鐘的時間區(qū)間內(nèi)第四條件滿足，則確認(rèn)實(shí)際有喘振。
諸如對于圖4的操作執(zhí)行剛才所述的功能所需的自適應(yīng)功率控制板44的微處理器50等計算裝置的細(xì)節(jié)，在圖6中以流程圖的方式表示。微處理器50作為輸入信號接收冷凝器和蒸發(fā)器壓力信號。
喘振辨識過程在開始框70啟動，這引起從壓力傳感器38、40讀取輸入信號。邏輯的或判斷框72確定從讀取上一個數(shù)值以來是否經(jīng)過了20毫秒的時間周期。如果還沒有超過20毫秒，則退出程序。否則，進(jìn)入框74以便從裝在冷凝器14的壓力傳感器38讀取第一輸入，并進(jìn)入框76以便把第一輸入值轉(zhuǎn)換為“數(shù)值1”。然后分別在框78和80讀取來自壓力傳感器40的第二輸入并轉(zhuǎn)換為“數(shù)值2”。輸入值“數(shù)值1和2”為數(shù)字信號。這樣，在轉(zhuǎn)換過程中，微處理器50檢索查找表以便使數(shù)字值“數(shù)值1和2”與對應(yīng)的壓力值十倍相關(guān)，即存儲在查找表中的壓力值為10x壓力的實(shí)際數(shù)值。
然后在判定或邏輯框82從第一數(shù)值“數(shù)值1”減去第二數(shù)值“數(shù)值2”以獲得“x”(“x”表示壓差dp)。如果從變量“x_lag”減去“x”的數(shù)值為正，則判定框84進(jìn)到計數(shù)器框86，其中設(shè)置“l(fā)ag_count”等于五十個計數(shù)，然后到框88，其中設(shè)置“x_lag”等于“x”。一個計數(shù)等于二十毫秒，這樣五十個計數(shù)等于一千毫秒或一秒鐘。如果從變量“x_lag”減去“x”的數(shù)值為負(fù)，則判定或邏輯框84進(jìn)到判定或邏輯框90，其中判定“l(fā)ag_count”是否等于零以及“surge_state”是否等于零。如果判定框90的兩個條件都為真，則在框92“x_lag”減量一個單位，在框94中復(fù)位“l(fā)ag_count”到五十個計數(shù)(1000毫秒或一秒鐘)，并進(jìn)入判定或邏輯框96。如上所述，這一應(yīng)用中的單位等于0.1 psi每秒。換言之，“x_lag”實(shí)際減量0.1 psi每秒。
如果在判定框90兩個條件都不滿足，則進(jìn)入判定框96，在此判定“l(fā)ag_count”是否大于零。如果“l(fā)ag_count”大于零，則在框98“l(fā)ag_count”減量一個計數(shù)(20毫秒)，否則進(jìn)入判定或邏輯框100。如果在判定框100中判定出“surge_state”等于零，則程序分支到子程序A，否則程序繼續(xù)進(jìn)到判定或邏輯框102。如果在判定框102中判定“surge_state”等于一，則程序分支到子程序B，否則程序繼續(xù)進(jìn)到判定或邏輯框104。如果在判定框104中判定“surge_state”等于二，則程序分支到子程序C，否則程序在框106連續(xù)設(shè)置“surge_state”等于零并然后退出。
在子程序A中，判定或邏輯框108判定“x_lag”減“x”是否大于“surge_threshold”，即圖4(b)中的閾值1。如果超過“surge_threshold”，則子程序進(jìn)入框110，在此“neg_count”增量一個計數(shù)(20毫秒)，否則在框112設(shè)置“neg_count”等于零。在框112之后，子程序進(jìn)到判定或邏輯框114，在此判定“neg_count”是否等于五個計數(shù)(100毫秒)。如果“neg_count”不等于五個計數(shù)，則退出子程序，否則在框116設(shè)置“surge_count”等于零，在框118設(shè)置“surge_state”等于一，在框120設(shè)置“neg_count”等于零，并在框122設(shè)置“test_count”等于“250”，即五秒鐘(250x20毫秒=5秒鐘)?？?22之后，退出子程序。
在子程序B中，進(jìn)入判定框124以便判定“test_count”是否大于零。如果“test_count”不大于零，則在框126設(shè)置“surge_state”等于零且退出子程序，否則在框128“test_count”減量一個計數(shù)(20毫秒)，并進(jìn)入判定或邏輯框130。在判定框130中，如果“x_lag”減“x”小于或等于“surge_threshold+n”(即圖4(b)中的閾值2，“surge_threshold”表示圖(4b)中的閾值1,而“n”表示閾值1的百分之十到二十)，則退出子程序，否則“surge_count”增量一個計數(shù)(20毫秒)并進(jìn)入判定或邏輯框134。在判定框134中，如果“surge_count”小于或等于十五個計數(shù)(300毫秒)，則退出子程序，否則在框136和138中分別設(shè)置“x_prev”和“x_lag”等于“x”，在框140設(shè)置“surge_state”等于二，在框設(shè)置“pos_count”等于零，并退出子程序。
在子程序C中，判定或邏輯框144判定“test_count”是否大于零。如果“test_count”不大于零，則在框146設(shè)置“surge_state”等于零并退出子程序，否則“test_count”在框148中減量一個計數(shù)(20毫秒)并進(jìn)入判定或邏輯框150。在判定框150中，如果“x”減“x_prev”小于或等于零，則進(jìn)入判定框152，否則在框154“pos_count”增量一個計數(shù)(20毫秒)，并在框156設(shè)置“x_lag”等于“x”。如果在判定框152判定“pos_count”不等于兩個計數(shù)(40毫秒)，則退出子程序，否則在框158識別出喘振，并在框160喘振LED閃光，在框162設(shè)置“surge_pos_transition”等于“真”，在框164設(shè)置“surge_state”等于零，且退出子程序。
當(dāng)檢測到喘振時，自適應(yīng)功率控制板44的微處理器50通過“聯(lián)接1”(參見圖1)產(chǎn)生控制信號以增加由電壓源可變速驅(qū)動器22提供的頻率。電壓源可變速驅(qū)動器22頻率的增加增加了電動機(jī)的速度，這又增加了壓縮機(jī)12的轉(zhuǎn)速，這樣防止了壓縮機(jī)12中發(fā)生另一喘振。在以上結(jié)合作為對比的833專利中概述了這種控制技術(shù)。
在如圖3所示的另一實(shí)施例中，喘振檢測系統(tǒng)10可以包括一個DC電流變壓器42，或多個這種變壓器，位于電壓源可變速驅(qū)動器22的DC濾波器部分26和DC到AC逆變器部分28之間，用于直接檢測DC濾波器部分26的輸出DC聯(lián)接電流iDC。DC聯(lián)接電流iDC的平均值最好使用由電壓源可變速驅(qū)動器22的DC到AC逆變器部分28所提供的三相電動機(jī)電流iA、iB和iC，及由逆變器邏輯板30向DC到AC逆變器部分28的開關(guān)S1-S6提供的三個輸出開關(guān)命令信號A、B和C重新構(gòu)成。由于由DC濾波器部分26產(chǎn)生的DC電壓VDC是不變的，并且由DC濾波器部分26傳送的功率通過DC電壓VDC乘以DC聯(lián)接電流iDC而計算，故DC聯(lián)接電流iDC的平均值指示由DC濾波器部分26傳送的功率。
如在圖3中所見，自適應(yīng)功率控制板44通過串行“聯(lián)接2”連接到冷卻器控制板34的主微處理器板36，并通過串行“聯(lián)接1”連接到電壓源可變速驅(qū)動器22的逆變器板30。主微處理器板36提供對冷卻器其它級的控制，以及數(shù)字顯示冷卻器操作狀態(tài)的讀數(shù)。可變速驅(qū)動器的逆變器邏輯板30包括用于把DC聯(lián)接電流信號iDC的平均值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換器33、和用于接收DC聯(lián)接電流信號iDC平均值的數(shù)字表示的微處理器32?？勺兯衮?qū)動器的逆變器邏輯板30能夠直接處理DC聯(lián)接電流iDC，并在喘振事件期間通過“聯(lián)接1”向自適應(yīng)功率控制板44傳送喘振標(biāo)志。另外，逆變器邏輯板30可以通過“聯(lián)接1”發(fā)送DC聯(lián)接電流iDC的數(shù)字值，并允許自適應(yīng)功率控制板44的微處理器50處理DC聯(lián)接電流信號iDC以便確定喘振。這樣，在另一實(shí)施例中，本發(fā)明最好能夠使用檢測到的DC聯(lián)接電流iDC來檢測喘振事件。
為了提供對本發(fā)明另一實(shí)施例的理解，現(xiàn)參照圖5。在附圖的圖5(a)中，圖示出出現(xiàn)在電壓源可變速驅(qū)動器22中并具有可能表示著喘振事件的脈動的典型的DC聯(lián)接電流(指定為“ilnk”)的測量平均值。圖5(a)中還示出表示由自適應(yīng)功率控制板44或可變速驅(qū)動器逆變器邏輯板30的微處理器50或32分別生成的變量的ilnk_lag值。如果ilnk超過ilnk_lag，則變量ilnk_lag被自動設(shè)置等于ilnk。如果ilnk降到ilnk_lag以下，則ilnk_lag以每秒鐘十個最低有效位(LSB)的速率緩慢降低趨向ilnk。逆變器邏輯板30的A/D轉(zhuǎn)換器33具有12位或總共212=(4096)LSB。ilnk_lag降低的速率可以隨應(yīng)用而改變。圖5(b)示出在實(shí)際喘振事件期間典型的測量DC聯(lián)接電流信號(ilnk)，以及微處理器50和32如何調(diào)節(jié)ilnk_lag變量。
根據(jù)DC聯(lián)接電流iDC喘振檢測方法，以上對壓差喘振檢測方法列出的條件對DC聯(lián)接電流喘振檢測方法也必須滿足。這樣，DC聯(lián)接電流喘振檢測方法類似于壓差喘振檢測方法。然而，使用的是檢測的DC聯(lián)接電流數(shù)值(而不是dp數(shù)值)。進(jìn)而，DC聯(lián)接電流喘振檢測方法的第三條件要求數(shù)值(ilnk_lag-ilnk)超過第二閾值[圖5(b)中的閾值2]至少350毫秒，而不是340毫秒。視應(yīng)用而定，閾值2被超過的時間周期可以從200到750毫秒變化。進(jìn)而，DC聯(lián)接電流喘振檢測方法的第四條件要求至少檢測到三個相繼的正轉(zhuǎn)變[Δilnk_lag＞0，見圖5(b)]，而不是兩個。
進(jìn)而根據(jù)DC聯(lián)接電流喘振檢測方法，自適應(yīng)功率控制板44或逆變器邏輯板30的微處理器50或32分別遵從圖6所示以上對壓差喘振檢測方法所述的相同的喘振識別過程。然而，在DC聯(lián)接電流喘振檢測方法中，“x”應(yīng)當(dāng)由“ilnk”代替，應(yīng)當(dāng)使用10毫秒以代替圖6(a)所示判定框72的20毫秒。這意味著，在DC聯(lián)接電流喘振檢測方法中，一個計數(shù)等于十毫秒，而不是二十毫秒。而且，在DC聯(lián)接電流喘振檢測方法中，由于微處理器50或32只讀入一個輸入，即DC聯(lián)接電流iDC，故微處理器50或32不讀取或轉(zhuǎn)換第二輸入[圖6(a)的框78和80]。這樣，微處理器50或32在圖6(a)的框82中不從“數(shù)值1”減去“數(shù)值2”。而且，DC聯(lián)接電流喘振檢測方法以每秒十LSB的速率降低“ilnk_lag”趨向“ilnk”。
通過以上實(shí)施例，能夠設(shè)計出各種喘振檢測系統(tǒng)的組合。例如，可以通過只檢測跨越壓縮機(jī)12發(fā)生的壓力變化，通過只檢測電壓源可變速驅(qū)動器22中的DC聯(lián)接電流信號iDC，或通過檢測跨越壓縮機(jī)12的壓力變化和/或電壓源可變速驅(qū)動器22中的DC聯(lián)接電流信號iDC來檢測喘振。在本優(yōu)選實(shí)施例中，壓力和電流模型都用來檢測喘振，并且如果一個或兩個程序確定用法，則能夠指示出喘振。
業(yè)內(nèi)專業(yè)人員明白，在不背離本發(fā)明的范圍和精神下可以在本發(fā)明的喘振檢測方法和裝置中及這一方法和裝置的構(gòu)造中進(jìn)行各種修改和變更。例如，可通過電壓源可變速驅(qū)動器22的逆變器邏輯板30中包含的微處理器32實(shí)現(xiàn)DC聯(lián)接電流方法，這免除了對自適應(yīng)功率控制板10的需要。進(jìn)而，壓縮機(jī)12不必是離心式的，而可以是任何其他類型的旋轉(zhuǎn)動力壓縮機(jī)。
從這里公開的本發(fā)明的說明和實(shí)施考慮，本發(fā)明的其它實(shí)施例對業(yè)內(nèi)專業(yè)人員也是明顯的。這里要指出的是，說明書和例子應(yīng)當(dāng)認(rèn)為僅僅是示范性的而已，本發(fā)明真正的范圍和精神由以下權(quán)利要求書表示。
權(quán)利要求
1．用于具有由離心式壓縮機(jī)驅(qū)動負(fù)荷的流體系統(tǒng)中的喘振檢測系統(tǒng)，壓縮機(jī)由電動機(jī)驅(qū)動，該系統(tǒng)包括用于檢測跨越壓縮機(jī)發(fā)生的壓差的裝置；用于檢測表示向電動機(jī)輸入的功率的電流的裝置；響應(yīng)跨越壓縮機(jī)發(fā)生的所述壓差用于指示何時在壓縮機(jī)中發(fā)生實(shí)際喘振的第一計算裝置；以及響應(yīng)所述可變速驅(qū)動器電流用于指示何時在壓縮機(jī)中發(fā)生實(shí)際喘振的第二計算裝置。
2．如權(quán)利要求1中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述壓差檢測裝置包括第一和第二壓力傳感器。
3．如權(quán)利要求2中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述電流檢測裝置包括至少一個電流變壓器。
4．如權(quán)利要求3中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述第一計算裝置計算所述第一和第二壓力傳感器之間的差以獲得壓差，比較壓差與第一和第二兩個壓差閾值，并當(dāng)分別在第一和第二預(yù)定時間周期內(nèi)第一和第二壓差閾值都被超過時，指示在壓縮機(jī)中正在發(fā)生實(shí)際的喘振，以及其中所述第二計算裝置比較所述可變速驅(qū)動器電流與第一和第二兩個可變速驅(qū)動器電流閾值，并當(dāng)分別在第三和第四預(yù)定時間周期內(nèi)第一和第二可變速驅(qū)動器電流閾值都被超過時，指示在壓縮機(jī)中正在發(fā)生實(shí)際的喘振。
5．如權(quán)利要求4中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中只有當(dāng)所述第一和第二計算裝置都指示實(shí)際的喘振狀態(tài)發(fā)生時，系統(tǒng)才指示在壓縮機(jī)中發(fā)生實(shí)際的喘振狀態(tài)。
6．用于由電動機(jī)驅(qū)動的離心式壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)中的喘振檢測系統(tǒng)，電動機(jī)由電壓源可變速驅(qū)動器驅(qū)動，該系統(tǒng)包括用于檢測表示壓縮機(jī)抽吸壓的壓力的裝置；用于檢測表示壓縮機(jī)排出壓的壓力的裝置；用于檢測表示到電動機(jī)的輸入功率的電流的裝置；響應(yīng)所述檢測到的壓力用于指示壓縮機(jī)中何時出現(xiàn)實(shí)際的喘振的第一計算裝置；以及響應(yīng)所述檢測到的電流用于指示壓縮機(jī)中何時出現(xiàn)實(shí)際的喘振的第二計算裝置。
7．如權(quán)利要求6中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述抽吸壓力檢測裝置包括第一壓力傳感器。
8．如權(quán)利要求7中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述排出壓力檢測裝置包括第二壓力傳感器。
9．如權(quán)利要求8中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述電流檢測裝置包括至少一個電流變壓器。
10．如權(quán)利要求6中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述第一計算裝置計算所述排出壓和所述抽吸壓之間的差以獲得壓差，比較壓差與第一和第二兩個壓差閾值，并當(dāng)分別在第一和第二預(yù)定時間周期內(nèi)第一和第二壓差閾值都被超過時，指示在壓縮機(jī)中正在發(fā)生實(shí)際的喘振，以及其中所述第二計算裝置比較所述電壓源可變速驅(qū)動器電流與第一和第二兩個電壓源可變速驅(qū)動器電流閾值，并當(dāng)分別在第三和第四預(yù)定時間周期內(nèi)第一和第二可變速驅(qū)動器電流閾值都被超過時，指示在壓縮機(jī)中正在發(fā)生實(shí)際的喘振。
11．如權(quán)利要求10中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中只有當(dāng)所述第一和第二計算裝置都指示正在發(fā)生實(shí)際的喘振狀態(tài)時，系統(tǒng)指示在壓縮機(jī)中發(fā)生實(shí)際的喘振狀態(tài)。
12．用于由電動機(jī)驅(qū)動的壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)中的喘振檢測系統(tǒng)，電動機(jī)由電壓源可變速驅(qū)動器驅(qū)動，該系統(tǒng)包括用于檢測跨越壓縮機(jī)發(fā)生壓差的裝置；以及響應(yīng)所述壓差用于指示在壓縮機(jī)中何時發(fā)生實(shí)際喘振的計算裝置。
13．如權(quán)利要求12中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述計算裝置對檢測的壓差周期采樣并比較檢測值與一個或多個預(yù)定閾值，以便確定實(shí)際的喘振何時發(fā)生。
14．如權(quán)利要求12中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述壓差檢測裝置包括用于檢測表示壓縮機(jī)抽吸壓的壓力的裝置和用于檢測表示壓縮機(jī)排出壓的壓力的裝置。
15．如權(quán)利要求14中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述壓縮機(jī)是與蒸發(fā)器和冷凝器連接的離心式壓縮機(jī)，且其中所述壓差檢測裝置分別檢測蒸發(fā)器和冷凝器處的壓力。
16．如權(quán)利要求14中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述計算裝置計算所述排出壓和所述抽吸壓之間的差以獲得壓差，比較壓差與第一和第二兩個壓差閾值，并當(dāng)分別在第一和第二預(yù)定時間周期內(nèi)第一和第二壓差閾值都被超過時，指示在壓縮機(jī)中正在發(fā)生實(shí)際的喘振。
17．用于由電動機(jī)驅(qū)動的離心式壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)中的喘振檢測系統(tǒng)，電動機(jī)由電壓源可變速驅(qū)動器驅(qū)動，該系統(tǒng)包括用于檢測表示電壓源可變速驅(qū)動器的輸出功率的電流的裝置；以及響應(yīng)所述電壓源可變速驅(qū)動器電流用于指示在壓縮機(jī)中何時發(fā)生實(shí)際喘振的計算裝置。
18．如權(quán)利要求17中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述計算裝置對檢測的電流周期地采樣并比較檢測值與一個或多個預(yù)定閾值，以便確定實(shí)際的喘振何時發(fā)生。
19．如權(quán)利要求18中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述電流檢測裝置檢測DC電流。
20．如權(quán)利要求17中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述電流檢測裝置包括至少一個電流變壓器。
21．如權(quán)利要求17中所述的喘振檢測系統(tǒng)，其中所述計算裝置比較所述可變速驅(qū)動器電流與第一和第二可變速驅(qū)動器電流兩個閾值，并當(dāng)分別在第一和第二預(yù)定時間周期內(nèi)第一和第二可變速驅(qū)動器電流閾值都被超過時，指示在壓縮機(jī)中正在發(fā)生實(shí)際的喘振。
22．用于檢測由電動機(jī)驅(qū)動的離心式壓縮機(jī)的制冷系統(tǒng)中喘振的方法，電動機(jī)由電壓源可變速驅(qū)動器驅(qū)動，且蒸發(fā)器和冷凝器連接到壓縮機(jī)，該方法包括以下步驟檢測冷凝器壓力；檢測蒸發(fā)器壓力；檢測表示電壓源可變速驅(qū)動器的輸出功率的電流；以及響應(yīng)所述冷凝器壓力、所述蒸發(fā)器壓力及所述可變速驅(qū)動器電流之一而指示何時在壓縮機(jī)中發(fā)生實(shí)際的喘振。
23．如權(quán)利要求22中所述的檢測喘振的方法，還包括以下步驟計算冷凝器壓力和蒸發(fā)器壓力之間的差以獲得壓差；比較壓差與第一和第二兩個壓差閾值；以及當(dāng)分別在第一和第二預(yù)定時間周期內(nèi)第一和第二壓差閾值都被超過時，指示在壓縮機(jī)中正在發(fā)生實(shí)際的喘振。
24．如權(quán)利要求22中所述的檢測喘振的方法，還包括以下步驟比較可變速驅(qū)動器電流與第一和第二兩個可變速驅(qū)動器電流閾值；以及當(dāng)分別在第一和第二預(yù)定時間周期內(nèi)第一和第二可變速驅(qū)動器電流閾值都被超過時，指示在壓縮機(jī)中正在發(fā)生實(shí)際的喘振。
25．如權(quán)利要求22中所述的檢測喘振的方法，還包括以下步驟計算冷凝器壓力和蒸發(fā)器壓力之間的差以獲得壓差；比較壓差與第一和第二兩個壓差閾值；比較可變速驅(qū)動器電流與第一和第二兩個可變速驅(qū)動器電流閾值；以及當(dāng)分別在第一和第二預(yù)定時間周期內(nèi)第一和第二壓差閾值都被超過，并且分別在第三和第四預(yù)定時間周期內(nèi)第一和第二可變速驅(qū)動器電流閾值都被超過時，指示在壓縮機(jī)中正在發(fā)生實(shí)際的喘振。
全文摘要
用于具有由離心式壓縮機(jī)(12)驅(qū)動負(fù)荷的流體系統(tǒng)中的喘振檢測系統(tǒng),壓縮機(jī)(12)由電動機(jī)(20)驅(qū)動。喘振檢測系統(tǒng)包括用于檢測跨越壓縮機(jī)(12)產(chǎn)生的壓差的裝置(38,40),以及用于檢測表示向電動機(jī)(20)輸入的功率的電流的裝置(42)。喘振檢測系統(tǒng)還包括響應(yīng)跨越壓縮機(jī)(12)產(chǎn)生的所述壓差用于指示何時在壓縮機(jī)(12)中發(fā)生喘振的第一計算裝置,以及響應(yīng)可變速驅(qū)動器電流用于指示何時在壓縮機(jī)(12)中發(fā)生喘振的第二計算裝置。
文檔編號F25B1/053GK1218551SQ97194498
公開日1999年6月2日 申請日期1997年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月11日
發(fā)明者格里高里·K·比弗森, 哈羅德·R·施奈茲卡, 蒂莫西·M·弗蘭克 申請人:約克國際有限公司