專利名稱：冷卻設備和控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及冷卻設備及其控制方法，冷卻設備包括壓縮機，其中關于運行情況控制速度。
在冷卻設備中，當選擇作為冷卻系統(tǒng)的部分的壓縮機時，結合該冷卻設備使用地的氣候類型考慮運行情況極限，且因為考慮了艱難運行情況，因此為此情況選擇的壓縮機的容量所規(guī)定的冷卻設備的能耗值可能高于需要的值。壓縮機容量比所需要大的事實導致停止和啟動次數(shù)的增加和循環(huán)損失的增加。為消除前述缺點，根據(jù)構成了冷卻設備的壽命的大部分的正常運行情況進行壓縮機選擇，且在需要冷卻設備在極限下運行的情況中，壓縮機速度，即壓縮機馬達的轉數(shù)因此變化。在利用了帶有可變速度馬達的壓縮機的冷卻設備中，建立了數(shù)個控制算法來幫助確定何時壓縮機需要以正常速度運行且何時在更高的速度下運行。
在美國專利文獻US 5673568中，描述了用于利用在空調器內的壓縮機的速度樣式的實施例，該空調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。最大速度考慮運行停止時間期間、上次最大速度和上次最大速度的變化來選擇。
在歐洲專利文獻EP 0270474中，描述了其中可變速度壓縮機的新運轉速度根據(jù)所測量的當前環(huán)境溫度和前次環(huán)境溫度以及根據(jù)上次運轉速度來確定的設備。
在美國專利文獻US 5115968中，描述了一般地用于冷卻/加熱設備內的溫度控制系統(tǒng)。溫度調節(jié)裝置的開啟/關閉信號不僅確定了運轉時間期間而且也指示了溫度誤差，溫度誤差又用于確定運行情況。
在歐洲專利文獻EP 0921363中，描述了其中通過考慮可變速度壓縮機的運轉速度、運行時間期間和最佳運行時間期間而在停止時間期間后確定新運轉速度的設備。在可變速度壓縮機開始運行后，如果溫度調節(jié)裝置不以某一時間間隔發(fā)出信號，則壓縮機啟動速度增加。在啟動時，啟動速度根據(jù)前次最后速度和運行停止時間期間來確定。如果壓縮機的運行時間期間低于作為目標的時間期間，則在運行停止時間期間后，保持新的啟動速度低于前次速度，且壓縮機速度可以根據(jù)從溫度調節(jié)裝置獲得的反饋周期性增加。
本發(fā)明的目的是實現(xiàn)冷卻設備及其控制方法，其中壓縮機的速度根據(jù)運轉時間期間和運行停止時間期間來確定。
結合附示了為獲得以上所提及的本發(fā)明的目的而實現(xiàn)的冷卻設備和控制方法，其中

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