[发明专利]一种线性压缩机变容量运行的控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种线性压缩机变容量运行的控制系统及方法，包括电压信号采样、电流信号采样、信号滤波、隔离放大、A/D转换、CPU数据处理单元、输出接口、输出隔离、功率驱动、温度传感器接口和通讯接口等电路模块。本发明通过改变活塞的行程实现线性压缩机变容量运行。针对线性压缩机在运行过程中可能出现的跳跃或抖动等不稳定现象，根据活塞行程的波动大小判断不稳定现象的发生，实时采取有效的控制措施，避免压缩机本体的损坏。根据外部工况或负荷的变化能对线性压缩机的供电参数进行优化调节，实现线性压缩机在不同工况或负荷条件下均能高效运行。

主权项

1.一种线性压缩机变容量运行的控制系统，其特征在于，包括以下电路模块：电压信号采样、电流信号采样、信号滤波、隔离放大、A/D转换、CPU数据处理单元、输出接口、输出隔离、功率驱动、温度传感器接口和通讯接口；电压信号采样通过电阻分压电路实现，把线性压缩机运行时定子线圈上的实时电压值u(t)转换为0～3V的电压信号以适应A/D转换所需的量值；电流信号采样使用霍尔电流传感器ACS712，把线性压缩机运行时的实时电流值i(t)转换为0～3V的电压信号以适应A/D转换所需的量值；在A/D转换之前分别对实时电压值u(t)、实时电流值i(t)进行了信号滤波和隔离放大处理，信号滤波采用运算放大器TL082组成40Hz～70Hz的带通滤波器，滤除线性压缩机工作频率以外的谐波干扰信号，隔离放大由线性光耦HCNR201和运算放大器TL082组成，将线性压缩机工作时的强电信号与CPU数据处理单元进行隔离，抑制干扰信号对CPU数据处理单元的影响；CPU数据处理单元采用混合信号处理单片机C8051F020，利用该混合信号处理单片机C8051F020自带的12位高速A/D转换器把实时电压值u(t)、实时电流值i(t)转换为数字信号；线性压缩机工作时的冷凝温度tc、蒸发温度te、吸气温度ts和排气温度td通过数字温度传感器DS18B20采集，CPU数据处理单元通过输入接口电路读取以上4路温度值；通讯接口采用MAX232芯片实现RS232与TTL电平的转换，从冰箱控制器接收的电冰箱冷藏室温度T和设定温度值Ts，同时将线性压缩机的运行状态数据回送给冰箱控制器；CPU数据处理单元分别读取电压信号、电流信号经A/D转换的结果，并经过数据处理后存入数据存储器中，缓存的数据大于一个完整的信号周期；对存储的电压信号值进行过零比较判别，求出信号周期值，该周期值的倒数即为线性压缩机运行时的实时频率值f；自传感行程检测技术的实现方法是由采样得到的线性压缩机运行时的实时电压值u(t)、实时电流值i(t)及线性压缩机的电气性能参数K₀、Re、Le，K₀为线性压缩机定子线圈绕组的电磁力系数，Re为线圈绕组的等效电阻值，Le为线圈绕组的等效电感值，位移计算公式为依据位移计算公式求出线性压缩机活塞行程值x；为保证活塞行程值x的精度要求，依据实时频率值f，对计算出的活塞行程值x进行分段线性化处理得到活塞实际行程值x’；依据活塞实际行程值x’，根据活塞行程的波动大小判断不稳定现象发生时，采取降低供电频率fout，增加控制电压Uout，使得输入功率Pi保持当前值不变，从而消除活塞行程的不稳定现象；CPU数据处理单元根据活塞行程和接收到的温度值确定出线性压缩机的运行工况，从输出接口实时发出控制线性压缩机运行的SPWM信号，经功率驱动电路模块得到幅值和频率可调节的控制电压Uout和供电频率fout输出给线性压缩机，依据固有频率值ω，调节输出供电频率fout在附近运行；依据输入功率Pi，调节输出控制电压Uout，控制线性压缩机在全负荷运行时，Pi∈(1±1％)×Pis，所述Pis为线性压缩机的输入功率最大值；针对线性压缩机在运行过程中可能出现的跳跃或抖动的不稳定现象采取降低供电频率fout，增加控制电压Uout的保护措施，避免线性压缩机本体的损坏，同时根据外部工况或负荷的变化对输出的SPWM信号进行优化调节，实现线性压缩机的变容量运行控制；线性压缩机在电冰箱上制冷运行时，需要根据电冰箱冷藏室温度T和设定温度值Ts的差值确定线性压缩机输入功率Pi的大小；依据电冰箱冷藏室温度T和设定温度值Ts，依据二者的温度差值进行变容量运行，依据输入功率Pi，对线性压缩机的供电参数进行优化调节。