СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ КОМПРЕССОРА С ПЕРЕМЕННОЙ СКОРОСТЬЮ ВРАЩЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F25B49/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к способу управления скоростью компрессора с переменной скоростью вращения, в частности, компрессора с переменной скоростью вращения, входящего в состав системы охлаждения, такой как холодильная установка, морозильный аппарат, система кондиционирования воздуха или тепловой насос.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Системы охлаждения обычно содержат один или более компрессоров, теплообменник для отвода тепла, например, в виде конденсатора или охладителя газа, расширительное устройство и один или более испарителей, размещенных вдоль пути потока холодильного агента. Холодильный агент на пути его потока поэтому поочередно сжимается и расширяется, и тепло от холодильного агента передается в теплообменник для отвода тепла, в то время как тепло поглощается на испарителе или испарителях. Таким образом, система охлаждения предназначена для управления температурой в области теплообменника для отвода тепла и/или в зоне испарителя(ей). Если закрытый объем расположен вокруг теплообменника для отвода тепла, система охлаждения обеспечивает нагревание закрытого объема, если же закрытый объем расположен вокруг испарителя или испарителей, система охлаждения обеспечивает охлаждение закрытого объема.

В некоторых системах охлаждения, известных из уровня техники, используется компрессор с постоянной скоростью вращения. Компрессор, имеющий постоянную скоростью вращения, можно переключать только между состояниями ВКЛЮЧЕНО, когда он вращается с постоянной заранее заданной скоростью, и состоянием ВЫКЛЮЧЕНО, в котором компрессор не работает. Такими компрессорами можно управлять просто на основе сигнала ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО, принимаемого от термореле, используемого для управления температурой внутри замкнутого объема, поэтому такие компрессоры обычно не требуют отдельного контроллера.

В других известных системах охлаждения используется компрессор с переменной скоростью вращения. В компрессоре, имеющем переменную скорость вращения, скорость компрессора можно изменять для регулировки количества охлаждающего агента, сжимаемого компрессором, например, для соответствия тепловой нагрузке системы охлаждения и/или для обеспечения работы системы охлаждения с экономией потребления энергии. Скорость можно изменять непрерывно или ступенчато. Для надлежащего управления скоростью вращения компрессора с переменной скоростью вращения, обычно требуется отдельный контроллер.

В EP 0931236 B1 раскрыт способ управления скоростью компрессора. В соответствии с одним из вариантов измеряют время ВКЛЮЧЕНИЯ компрессора и сравнивают его с двумя значениями времени t1 и t2, при этом термореле снижает скорость двигателя компрессора, если отключение термореле происходит до истечения времени t1, поддерживает скорость двигателя, если отключение терморегулятора происходит по истечении первого времени t1, но раньше второго времени t2, и увеличивает скорость двигателя, если термореле остается не отключилось до времени t2. Кроме того, скорость вращения компрессора может быть увеличена в течение периода ВКЛЮЧЕНО. В следующем периоде ВКЛЮЧЕНО компрессор может быть запущен на скорости меньше, чем конечная скорость в предыдущем интервале, т.к. для вычисления начальной скорости в следующем интервале из конечной скорости вычитают постоянное значение скорости.

В EP 0921363 B1 раскрыт способ управления скоростью вращения двигателя компрессора для холодильной или морозильной установки. Измеряют время до выключения установки, и непрерывно или ступенчато увеличивают скорость вращения двигателя компрессора, когда термореле не выключает двигатель компрессора в течение заранее заданного времени. Когда двигатель компрессора снова включают, скорость двигателя компрессора меньше конечной скорости двигателя в предыдущем цикле. Начальную скорость получают из начальной скорости предыдущего цикла, конечной скорости предыдущего цикла и разности по времени в предыдущем цикле.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является создание способа управления скоростью компрессора с переменной скоростью вращения, в котором снижено потребление энергии по сравнению со способами управления, известными из уровня техники.

Другой задачей является создание способа управления скоростью компрессора с переменной скоростью вращения, который не требует дополнительных контроллеров.

Еще одной задачей является создание способа управления скоростью компрессора, имеющего переменную скоростью вращения, в котором управление скоростью компрессора может осуществляться без труда и простым путем.

Дополнительной задачей является создание способа управления скоростью компрессора с переменной скоростью вращения, который обеспечивает малое потребление энергии компрессором даже при меняющихся внешних условиях.

В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается способ управления скоростью компрессора с переменной скоростью вращения, входящего в состав системы охлаждения, которая предназначена для управления температурой внутри закрытого объема, причем система охлаждения дополнительно содержит конденсатор, расширительное устройство, испаритель и термореле, содержащее температурный датчик, установленный внутри закрытого объема, причем способ содержит следующие этапы:

- переключение посредством термореле системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО;

- обеспечение работы компрессора с переменной скоростью вращения на начальной скорости v_start;

- измерение времени t_actual, прошедшего с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО;

- сравнение измеренного времени t_actual с заданным пороговым значением t_set и

- в случае если t_actual достигает значения t_set, увеличение скорости вращения компрессора, имеющего переменную скоростью вращения, на величину v_{speed_up}, причем v_{speed_up} представляет собой заранее заданную часть в процентах от начальной скорости v_start.

Способ в соответствии с первым аспектом изобретения представляет собой способ управления компрессором, имеющим переменную скорость вращения, т.е. компрессором, в котором возможно непрерывное или ступенчатое изменение скорости вращения двигателя компрессора. Компрессор, имеющий переменную скорость вращения, может представлять собой, например, винтовой компрессор, спиральный компрессор или компрессор с переменной скоростью любого другого подходящего типа.

Компрессор с переменной скоростью вращения является частью системы охлаждения. Как указано выше, в данном контексте термин «система охлаждения» относится к любой системе, в которой циркулирует и поочередно сжимается и расширяется поток текучей среды, такой, как охлаждающий агент, тем самым обеспечивая охлаждение или нагревание закрытого объема. Таким образом, система охлаждения, например, может быть системой кондиционирования воздуха, тепловым насосом, холодильной установкой и т.д. Система охлаждения содержит поэтому конденсатор, расширительное устройство, например, в виде расширительного клапана и испаритель, размещенный вдоль пути потока охлаждающего агента. Система охлаждения, кроме того, содержит термореле, включающее в себя температурный датчик, размещенный внутри закрытого объема. Соответственно системой охлаждения управляют так, что температура внутри закрытого объема поддерживается на заданном уровне или в пределах заданного температурного диапазона, на основе сигналов термореле.

Температурный датчик, входящий в состав термореле, измеряет температуру и инициирует сигнал термореле на переход в одно из двух состояний. Эти состояния можно описать, например, как ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО, ОТКРЫТО/ЗАКРЫТО, ИЗБЫТОЧНЫЙ НАГРЕВ/НЕДОСТАТОЧНЫЙ НАГРЕВ. Такой температурный датчик может содержать биметаллическую пластину, ртутный баллон, элемент NTC (с отрицательным температурным коэффициентом) или другое устройство, хорошо известное из современного уровня техники, конструкция термореле подразумевает наличие функции, которая делает двоичный выходной сигнал (ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО) доступным для других устройств, в данном случае для контроллера скорости компрессора. Обычно в системах охлаждения описанное выше термореле встраивают в корпус холодильной установки, с которым на более позднем этапе изготовления собирают компрессор и контроллер компрессора. Поэтому решение, в котором контроллер компрессора может использовать подаваемый таким термореле сигнал ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО, обладает значительным преимуществом.

Термореле, содержащее температурный датчик, как описано выше, кроме того, может включать в себя задатчик температуры, управляющий сменой момента состояния термореле.

В способе в соответствии с первым аспектом изобретения термореле вначале переключает систему охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО. При этом термореле указывает, что температура внутри закрытого объема достигла порогового значения и требуется нагрев или охлаждение системой охлаждения для поддержания желаемой температуры внутри закрытого объема. Для этого система охлаждения переходит в состояние ВКЛЮЧЕНО, и охлаждающий агент, циркулируя в цепи охлаждения, поочередно испытывает сжатие и расширение.

В ответ на переключение системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО включается компрессор, имеющий переменную скорость вращения, и работает с начальной скоростью v_start. Начальную скорость v_start можно выбирать любым подходящим образом, но желательно, чтобы она была как можно ниже, при условии достижения желаемой температуры внутри закрытого объема за приемлемое время. Ниже это будет рассмотрено более подробно.

Затем измеряют время t_actual, прошедшее с момента перехода системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО, и измеренное время t_actual сравнивают с предварительно заданным пороговым значением t_set. Пороговое значение t_set, например, может быть равно времени, которое идеально для достижения желаемой температуры внутри закрытого объема. Если достижение желаемой температуры происходит очень быстро, приемлемый результат можно получить при работе компрессора, имеющего переменную скорость вращения, на более низкой скорости, тем самым снижая потребление энергии компрессором. С другой стороны, если с момента перевода системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО до достижения желаемой температуры проходит долгое время, может оказаться желательным, чтобы компрессор работал на большей скорости для ускорения достижения желаемой температуры и уменьшения времени работы компрессора. Это также позволяет снизить потребление энергии компрессором с переменной скоростью вращения. Таким образом, в предпочтительном варианте t_set можно выбирать таким образом, чтобы достичь компромисса приведенных выше соображений и свести к минимуму потребление энергии компрессором, если достижение желаемой температуры внутри закрытого объема происходит за время t_set.

Если t_actual достигло t_set, однако желаемая температура внутри закрытого объема не достигнута, скорость вращения компрессора, имеющего переменную скорость, увеличивают, поскольку это указывает на тот факт, что начальная скорость v_start слишком мала для достижения желаемой температуры в закрытом объеме за приемлемое время. Соответственно, скорость компрессора увеличивают для более быстрого достижения желаемой температуры внутри закрытого объема.

Скорость компрессора с переменной скоростью вращения, увеличивают на величину v_{speed_up}. Желательно, чтобы скорость компрессора можно было сразу увеличить на v_{speed_up}. Такое ступенчатое увеличение обладает преимуществом, поскольку общая эффективность системы может быть ниже при более высоких скоростях компрессора, и задержка увеличения скорости до оптимального момента времени повышает общую эффективность системы охлаждения. Значение v_{speed_up} определяется заранее заданной частью в процентах от начальной скорости v_start. Т.е. величина, на которую увеличивают скорость компрессора с переменной скоростью вращения, зависит от его начальной скорости. Таким образом, если компрессор запускают при относительно высокой скорости, скорость увеличивают также на относительно большую величину. Аналогично, если компрессор запускают при относительно низкой скорости, скорость увеличивают на относительно малую величину. Поэтому весьма вероятно, что повышенная скорость компрессора будет достаточна для быстрого достижения желаемой температуры внутри закрытого объема и не будет настолько высокой, чтобы вызвать чрезмерное увеличение энергопотребления компрессором. Таким образом, в соответствии со способом согласно первому аспекту изобретения скоростью компрессора с переменной скоростью вращения управляют так, что компрессор работает на столь низкой скорости, насколько это возможно, в то же время обеспечивая достижение желаемой температуры внутри закрытого объема за приемлемое время. В результате потребление энергии компрессором сведено к минимуму. Более того, это достигается исключительно на основе сигнала ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО, принимаемого от термореле, и на основе измеренного времени t_actual, т.е. способ осуществляется несложным образом, не требуя дополнительных аппаратных средств, например, дополнительного контроллера. Наконец, поскольку скорость компрессора, имеющего переменную скоростью вращения, увеличивают когда желаемая температура внутри закрытого объема не достигается в течение предписанного времени, например, из-за изменений внешних условий, имеется возможность регулировки скорости компрессора в соответствии с такими изменениями внешних условий.

Дополнительно способ может содержать следующие этапы:

- продолжение измерения времени t_actual, прошедшего с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО, после этапа увеличения скорости вращения компрессора с переменной скоростью вращения,

- сравнение измеренного времени t_actual со вторым заданным пороговым значением t_{set_2}, причем t_{set_2} больше t_set, и

- в случае если t_actual достигает t_{set_2}, увеличение скорости вращения компрессора на величину v_{speed_up_2}, причем v_{speed_up_2} больше v_{speed_up}.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения скорость компрессора с переменной скоростью вращения увеличивают дополнительно, если за определенное время t_{set_2} все еще не достигнута желаемая температура внутри закрытого объема, после того, как скорость компрессора была увеличена в момент t_set. Второе пороговое значение t_{set_2} можно задать, например, как определенную часть в процентах от t_set. В этом случае скорость компрессора с переменной скоростью вращения дополнительно увеличивают, когда время t_set превышено на заданную часть в процентах. Если достигнуто значение t_{set_2}, а желаемая температура внутри закрытого объема все еще не получена, это указывает на то, что даже повышенная скорость v_start+v_{speed_up} недостаточна для достижения желаемой температуры внутри закрытого объема за приемлемое время. Соответственно, необходимо дальнейшее увеличение скорости компрессора.

В этом случае скорость компрессора с переменной скоростью вращения увеличивают на величину v_{speed_up_2}, превышающую первое увеличение скорости v_{speed_up}. Таким образом, если достигнуто t_{set_2} увеличение скорости производится несколько более интенсивно, чтобы обеспечить быстрое достижение желаемой температуры.

Величина v_{speed_up_2} также может составлять часть в процентах от начальной скорости v_start. Однако в этом случае часть в процентах должна быть больше части, используемой для расчета v_{speed_up}. Например, v_{speed_up} может составлять 5% от начальной скорости v_start, a v_{speed_up_2} соответственно 10% от начальной скорости v_start.

Можно предусмотреть возможность повторения рассмотренного выше процесса в том смысле, что измерение времени t_actual с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО продолжается после второго увеличения скорости компрессора, имеющего переменную скоростью вращения. В случае если t_actual достигает третьего порогового значения, скорость вращения компрессора может быть увеличена еще больше. Третье увеличение скорости может превышать второе v_{speed_up_2}. Можно даже предусмотреть возможность повторения процесса, так что скорость компрессора будет увеличиваться четыре, пять, шесть и более раз, пока не будет достигнута желаемая температура в закрытом объеме и система охлаждения не будет переключена в состояние ВЫКЛЮЧЕНО посредством термореле. В этом случае каждое увеличение скорости может быть больше предыдущего, что обеспечит все более интенсивное увеличение скорости компрессора с переменной скоростью вращения.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, компрессор с переменной скоростью вращения может работать при v_start, пока не достигнута t_set, при v_start·(1+0,05) от t_set до t_set·(1+0,10), при v_start·(1+0,10) от t_set·(1+0,10) до t_set·(1+0,20), при v_start·(1+0,20) от t_set·(1+0,20) до t_set·(1+0,30), при v_start·(1+0,40) от t_set·(1+0,30) до t_set·(1+0,40), при v_start·(1+0,80) от t_set·(1+0,40) до t_set·(1+0,50) и т.д. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, увеличение скорости удваивается каждый раз при увеличении скорости. Однако следует отметить, что возможна и любая другая подходящая схема увеличения скорости компрессора с переменной скоростью вращения.

Кроме того, способ может дополнительно содержать следующие этапы:

- переключение посредством термореле системы охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО;

- регистрация времени t_end, прошедшего с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО до момента переключения системы охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО;

- сравнение зарегистрированного времени t_end с заданным пороговым значением t_set;

- определение начальной скорости v_{start_next} компрессора с переменной скоростью вращения для следующего рабочего цикла системы охлаждения на основе упомянутого сравнения; и

- обеспечение работы компрессора с переменной скоростью вращения со скоростью v_{start_next} в ответ на переключение посредством термореле системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, термореле переключает систему охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО по достижении температурой внутри закрытого объема желаемого значения. Затем регистрируют время t_end, являющееся действительным временем, которое прошло с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО до момента, когда была достигнута желаемая температура внутри закрытого объема, и, следовательно, термореле переключило систему охлаждения в состоянии ВЫКЛЮЧЕНО. В момент, когда термореле переключает систему охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО, компрессор также можно выключить.

Зарегистрированное время t_end сравнивают с пороговым значением t_set. Учитывая, что t_set выбрано как оптимальное или идеальное время с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО до достижения желаемой температуры в закрытом объеме, желательно, чтобы t_end было как можно ближе к t_set. Таким образом, сравнение показывает, работал ли компрессор с подходящей скоростью и будет ли его работа более эффективной с точки зрения энергопотребления при повышенной или пониженной скорости. Поэтому на основе сравнения определяют начальную скорость v_{start_next} компрессора для следующего рабочего цикла системы охлаждения, обеспечивая тем самым, что скорость компрессора в течение следующего цикла лучше соответствует превалирующим рабочим условиям, чем в рабочем цикле, который только что был завершен.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, этап определения начальной скорости v_{start_next}, может содержать выбор скорости, v_{start_next}, превышающей v_start в случае, если t_end больше t_set, и меньшей v_start, если t_end меньше t_set. Если t_end больше t_set, это значит, что для достижения желаемой температуры внутри закрытого объема потребовалось больше времени, чем желательно. Поэтому разумно предположить, что начальная скорость v_start, выбранная в течение предыдущего рабочего цикла, была в действительности слишком низкой для достижения желаемой температуры внутри закрытого объема за желаемое время. В связи с этим для следующего рабочего цикла выбирают более высокую начальную скорость v_{start_next}, позволяющую в следующем рабочем цикле быстрее получить заданную температуру в закрытом объеме.

Аналогично, если t_end меньше t_set, достижение желаемой температуры в закрытом объеме происходит быстрее, чем предусмотрено. Следовательно, разумно предположить, что желаемая температура в закрытом объеме могла бы быть получена в приемлемое время при работе компрессора на более низкой скорости. Поэтому в этом случае для следующего рабочего цикла задают более низкую начальную скорость v_{start_next}.

Начальную скорость v_{start_next} в следующем рабочем цикле можно определить на основе соотношения t_end/t_set между t_end и t_set. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, если t_end близко к t_set, необходима лишь малая корректировка начальной скорости, если же t_end сильно отличается от t_set, требуется более значительная корректировка.

Альтернативно или дополнительно v_{start_next} можно определять на основе средней величины скорости компрессора в течение предыдущего рабочего цикла системы охлаждения. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, если t_end больше t_set и скорость компрессора постепенно увеличивают описанным выше способом, при определении начальной скорости v_{start_next} следующего рабочего цикла учитывают общее увеличение скорости в течение предыдущего цикла. Например, если t_end много больше t_set и для достижения желаемой температуры внутри закрытого объема необходимо выполнить ряд прибавлений скорости, разумно предположить, что среднее значение переменной скорости в течение предыдущего рабочего цикла представляет собой подходящую скорость компрессора, обеспечивающую достижение желаемой температуры внутри закрытого объема за желаемое время.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения v_{start_next} можно вычислить следующим образом:

v_{start_next}=v_mean·(t_end/t_set),

где v_mean - среднее значение скорости компрессора в течение предыдущего рабочего цикла.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения v_{start_next} можно вычислить по формуле:

v_{start_next}=v_mean·((d·(t_set-t_end)+t_end)/t_set),

где d - коэффициент затухания, корректирующий начальную скорость v_{start_next} компрессора следующего рабочего цикла во избежание нежелательных колебаний начальной скорости компрессора от одного рабочего цикла к другому, например, в связи с изменениями внешних условий, таких, как нагрузка системы охлаждения или температура окружающей среды. Если d=1, то v_{start_next}=v_mean, т.е. в качестве начальной скорости следующего рабочего цикла задают среднюю скорость предыдущего цикла. Если d=0, то v_{start_next}=v_mean·(t_end/t_set), т.е. начальную скорость следующего рабочего цикла корректируют в соответствии с отношением t_end/t_set.

Начальную скорость, рассчитанную как показано выше, кроме того, можно корректировать путем прибавления добавочной скорости v_boost, зависящей от соотношения между t_end и t_set, т.е. в зависимости от того, насколько сильно отличаются t_set и t_end и будет ли t_end больше или меньше t_set.

Например, v_boost можно выбрать из приведенной ниже таблицы:

t_end/t_set v_boost (об/мин) до 0,32 -1000 0,33-0,49 -500 0,50-0,99 0 1,00-1,99 0 2,00-2,99 500 от 3,00 1000

Корректировка v_{start_next} путем добавления v_boost к вычисленному значению v_{start_next}, гарантирует быструю реакцию системы охлаждения в случае чрезмерных расхождений t_end и t_set. Такие чрезмерные расхождения могут быть вызваны, например, большими изменениями нагрузки системы охлаждения.

В соответствии со вторым аспектом изобретения предлагается Способ управления скоростью компрессора с переменной скоростью вращения, при этом указанный компрессор входит в состав системы охлаждения, предназначенной для управления температурой внутри закрытого объема, причем система охлаждения дополнительно содержит конденсатор, расширительное устройство, испаритель и термореле, содержащее температурный датчик (как описано выше), установленный внутри закрытого объема, причем способ содержит следующие этапы:

- переключение посредством термореле системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО;

- обеспечение работы компрессора с переменной скоростью вращения на начальной скорости v_start;

- переключение посредством термореле системы охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО;

- регистрация времени t_end, прошедшего с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО до момента переключения системы охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО;

- определение начальной скорости v_{start_next} компрессора, имеющего переменную скоростью вращения, для следующего рабочего цикла системы охлаждения, причем v_{start_next} вычисляют на основе соотношения между t_end и заданным пороговым значением t_set, а также на основе v_start.

Следует заметить, что специалисту в данной области техники будет понятно, что любой признак, описанный применительно к первому аспекту изобретения, может также сочетаться со вторым аспектом и наоборот.

В способе согласно второму аспекту изобретения термореле вначале переключает систему охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО, тем самым включая компрессор на начальной скорости вращения v_start подобно тому, как описано выше в связи с первым аспектом изобретения.

После достижения желаемой температуры в замкнутом объеме термореле переключает систему охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО. Время t_end, прошедшее с момента, когда система охлаждения был переключена в состояние ВКЛЮЧЕНО, до момента, когда достигнута желаемая температура внутри закрытого объема и, следовательно, система переключена в состояние ВЫКЛЮЧЕНО, регистрируют таким же образом, как описано выше в связи с первым аспектом изобретения. В момент, когда термореле переключает систему охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО, компрессор также можно выключить.

В конце определяют начальную скорость v_{start_next} компрессора, имеющего переменную скоростью вращения, для следующего рабочего цикла системы охлаждения. Это делают на основе соотношения между t_end и заданного порогового значения t_set и на основе v_start. Поэтому в случае значительного различия t_end и t_set начальную скорость v_{start_next} для следующего рабочего цикла задают существенно отличающейся от начальной скорости v_start предыдущего рабочего цикла. Аналогично, если t_end равно или почти равно t_set, начальную скорость v_{start_next} для следующего рабочего цикла задают близкой к начальной скорости v_start предыдущего рабочего цикла. Тем самым обеспечивается преимущество, поскольку благодаря такому решению весьма вероятно, что начальная скорость v_{start_next} следующего рабочего цикла позволит получить желаемую температуру внутри закрытого объема в пределах желаемого времени.

Начальная скорость v_{start_next} следующего рабочего цикла, кроме того, можно определять на основе коэффициента затухания d. В этом случае v_{start_next} может быть рассчитана, например, описанным выше способом в соответствии с первым аспектом изобретения.

Способ может дополнительно содержать следующие этапы:

- после того, как система охлаждения переключена в состояние ВКЛЮЧЕНО и до того, как система охлаждения переключена в состояние ВЫКЛЮЧЕНО, измерение времени t_actual, прошедшего с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО,

- сравнение измеренного времени t_actual с заданным пороговым значением t_set и

- в случае, если t_actual достигает t_set, увеличение скорости компрессора (1) с переменной скоростью вращения на величину v_{speed_up}.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, скорость компрессора дополнительно корректируют в течение рабочего цикла системы охлаждения в случае, если желаемая температура внутри закрытого объема не достигнута за желаемое время. Это уже рассмотрено выше в связи с первым аспектом изобретения.

В этом случае величину v_{speed_up} можно задать в процентах от начальной скорости v_start, как описано выше.

Альтернативно или дополнительно способ может содержать также этап вычисления средней скорости v_mean компрессора за время, прошедшее с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО до ее переключения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО, при этом скорость v_{start_next}, кроме того, можно определять на основе v_mean. Это можно выполнить, например, как описано выше в связи с первым аспектом изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее изобретение рассмотрено более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 изображен схематический вид части системы охлаждения, содержащей компрессор, управляемый в соответствии со способом, который известен из уровня техники.

На фиг.2 изображен схематический вид части системы охлаждения, содержащей компрессор, управляемый в соответствии со способом согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

На фиг.3 показана скорость вращения компрессора как функция времени для компрессора, управляемого в соответствии со способом согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

На фигурах 4 и 5 показана скорость компрессора как функция времени и данные расчета начальной скорости для компрессора, управляемого в соответствии со способом согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 показан схематический вид части системы охлаждения. Система охлаждения содержит компрессор 1, управляемый согласно способу, известному из уровня техники. Система охлаждения, кроме того, содержит температурный датчик 2, размещенный внутри закрытого объема в виде камеры. Таким образом, температурный датчик 2 измеряет температуру внутри закрытого объема, для такого управления системой охлаждения, чтобы внутри закрытого объема поддерживался заданный уровень температуры или температура оставалась в заданном диапазоне. С этой целью температурный датчик 2 обменивается информацией с электронным блоком 3 камеры.

В ответ на сигнал температуры, принятый от температурного датчика 2, электронный блок 3 камеры вычисляет скорость компрессора, отвечающую состоянию системы и формирует соответствующий сигнал управления скоростью. Сигнал управления скоростью передается на электронный блок 4 компрессора. Затем электронный блок 4 управляет скоростью компрессора 1 в соответствии с полученным сигналом управления скоростью.

На фиг.2 показан схематический вид части системы охлаждения. Система охлаждения содержит компрессор 1, управляемый согласно способу в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Система охлаждения, кроме того, содержит термореле 5, содержащее температурный датчик (не показан), размещенный внутри закрытого объема в виде камеры.

Система охлаждения переключается из состояния ВКЛЮЧЕНО в состояние ВЫКЛЮЧЕНО посредством термореле 5 с целью поддержания температуры внутри закрытого объема на заданном уровне или в заданном температурном диапазоне.

Термореле 5 обменивается информацией с электронным блоком 4 компрессора. Таким образом, электронный блок 4 компрессора принимает информацию о том, находится ли система охлаждения в состоянии ВКЛЮЧЕНО или ВЫКЛЮЧЕНО, а также, когда система охлаждения переходит из состояния ВКЛЮЧЕНО в состояние ВЫКЛЮЧЕНО, или в обратном направлении. На основе этой информации электронный блок 4 компрессора регулирует скорость компрессора 1 согласно способу в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, и для минимизации энергопотребления компрессора 1, при этом обеспечивается достаточное охлаждение или нагревание закрытого объема. Это можно выполнить, например, описанным выше образом, и/или так, как описано ниже со ссылкой на фигуры 3-5.

Таким образом, в системе охлаждения, показанной на фиг.2, скорость компрессора 1 регулируют лишь на основе сигнала ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО от термореле 5, и экономичное потребление энергии при работе компрессора 1 достигается без сложных вычислений сигнала управления скоростью на основе измерений температуры. Это является преимуществом, поскольку позволяет полностью заменить компрессор с постоянной скоростью вращения на компрессор с переменной скоростью вращения без необходимости добавления в систему дополнительных устройств управления. Компрессор, имеющий переменную скорость вращения, имеет возможность всегда работать на минимально возможной скорости, удовлетворяющей потребности системы охлаждения, что позволяет минимизировать энергопотребление системы охлаждения.

На фиг.3 показана скорость компрессора как функция времени для компрессора с переменной скоростью вращения, управляемого соглано способу, соответствующему одному из вариантов осуществления изобретения. Компрессор с переменной скоростью вращения может представлять собой, например, компрессор 1 с фиг.2. На фиг.3 показано время ВКЛЮЧЕНИЯ рабочего цикла компрессора. В момент 6 поступает сигнал от термореле, указывающий на необходимость переключения компрессора в состояние ВКЛЮЧЕНО. В результате происходит запуск компрессора с предварительно выбранной скоростью v_start. Одновременно происходит запуск таймера для измерения времени t_actual, прошедшего с момента включения компрессора.

Измеряемое время t_actual непрерывно сравнивают с заранее заданным пороговым значением t_set. Пороговое значение t_set выбирают так, что оно соответствует идеальному времени ВКЛЮЧЕНИЯ компрессора в течение рабочего цикла, т.е. идеальному времени, которое должно пройти с момента переключения системы в состояние ВКЛЮЧЕНО до достижения желаемой температуры внутри закрытого объема.

В момент 7 время t_actual достигает значения t_set. Таким образом, в момент 7 достигается идеальное время ВКЛЮЧЕНИЯ компрессора, однако термореле еще не выдало сигнал, указывающий, что температура внутри закрытого объема достигла желаемого значения. Соответственно, компрессор должен оставаться в состоянии ВКЛЮЧЕНО. Однако это указывает, что скорость компрессора возможно слишком мала, чтобы удовлетворить потребности системы охлаждения. Поэтому в момент 7 скорость компрессора увеличивают.

Скорость компрессора увеличивают на величину v_{speed_up}, которая представляет собой заранее заданную часть в процентах от v_start.

В момент 8 время t_set превышено на 10% от t_set, и соответственно достигнуто второе пороговое значение t_{set_2}. Однако термореле все еще не дает сигнала, показывающего достижение желаемой температуры внутри закрытого объема. Это свидетельствует о том, что хотя скорость компрессора была увеличена в момент 7, увеличенная скорость компрессора недостаточна для достижения желаемой температуры внутри закрытого объема в течение приемлемого времени. Поэтому скорость компрессора увеличивают еще раз в момент 8.

В момент 9 температура внутри закрытого объема достигает желаемого значения, и термореле выдает указывающий на это сигнал. В ответ система переходит в состояние ВЫКЛЮЧЕНО и компрессор выключается. Выключение компрессора является более предпочтительным, чем работа на низкой скорости, во-первых, из-за того, что многие типы компрессоров не могут нормально работать при скорости ниже минимальной без повреждений из-за смазки, и, во-вторых, потому что даже малая работа может создавать охлаждающий эффект, который слишком велик для системы охлаждения.

На фиг.4 показана скорость компрессора как функция времени и данные расчета начальной скорости для компрессора, управляемого с использованием способа, соответствующего одному из вариантов осуществления изобретения. В левой части фиг.4 показана скорость компрессора в течение рабочего цикла, а в правой части - данные расчета начальной скорости компрессора для следующего рабочего цикла на основе информации, полученной в рабочем цикле, показанном на фиг.4 слева.

Систему охлаждения переключают в состояние ВКЛЮЧЕНО в момент 6, и компрессор работает с начальной скоростью v_start, как описано выше в связи с фиг.3. Время t_actual, прошедшее с момента переключения системы в состояние ВКЛЮЧЕНО, непрерывно сравнивают с пороговым значением t_set.

В момент 9 температура внутри закрытого объема достигает желаемого значения, и термореле выдает указывающий на это сигнал. В ответ система переключается в состояние ВЫКЛЮЧЕНО, и компрессор выключается. Выключение компрессора является более предпочтительным, чем работа на низкой скорости, во-первых, из-за того, что многие типы компрессоров не могут нормально работать при скорости ниже минимальной без повреждений из-за смазки и, во-вторых, потому что, даже малая работа может создавать охлаждающий эффект, который слишком велик для системы охлаждения. Из фиг.4 понятно, что время t_end, прошедшее с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО до момента переключения системы охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО, меньше t_set. Это показывает, что для получения желаемой температуры внутри закрытого объема за приемлемое время достаточна скорость компрессора, меньшая, чем начальная скорость v_start. Поэтому для следующего рабочего цикла может оказаться предпочтительным выбрать более низкую начальную скорость.

В правой части фиг.4 показаны три значения скорости компрессора: v_start - начальная скорость компрессора в предыдущем рабочем цикле, v_{start_calc} и v_{start_next}. скорость v_{start_calc} рассчитывают по формуле:

v_{star_calc}=v_mean·(t_end/t_set),

где v_mean - среднее значение скорости компрессора в предыдущем рабочем цикле. Поскольку компрессор в течение всего предыдущего рабочего цикла работал на скорости v_start, скорость v_mean в этом случае равна v_start.

Соответственно v_{start_calc} просто является скорректированным значением v_start, учитывающим соотношение между временем, действительно затраченным для достижения желаемой температуры внутри закрытого объема, и идеальным временем, необходимым для достижения желаемой температуры. Поэтому разумно предположить, что выбор v_{start_calc} в качестве начальной скорости компрессора для следующего рабочего цикла обеспечит достижение желаемой температуры внутри закрытого объема за идеальное время t_set.

Однако из правой части фиг.4 ясно, что v_{start_calc} много меньше v_start. Поэтому выбор v_{start_calc} в качестве начальной скорости компрессора для следующего рабочего цикла может вызывать колебания начальной скорости. Такие колебания скорости нежелательны, т.к. они могут привести к неустойчивости управления и в результате к увеличению потребления энергии. Во избежание таких колебаний скорости вычисляют альтернативную начальную скорость компрессора v_{start_next} по формуле:

v_{start_next}=v_mean·((d·(t_set-t_end)+t_end)/t_set),

где d - коэффициент затухания. Значение d лежит в пределах от 0 до 1 и показывает, как быстро система охлаждения реагирует на изменение внешних условий. Из правой части фиг.4 видно, что v_{start_next} находится между v_start и v_{start_calc}. Следовательно, v_{start_next} - подходящий выбор для начальной скорости компрессора для следующего рабочего цикла.

На фиг.5 подобно фиг.4 также показана скорость компрессора как функция времени и данные расчета начальной скорости следующего цикла для компрессора, управляемого согласно способу в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Слева фиг.5 идентична фиг.3, поэтому подробно уже не описывается. Соответственно, на фиг.5 время t_set достигается до того, как температура в закрытом объеме достигает желаемого значения. Это указывает на то, что начальная скорость v_start компрессора предыдущего рабочего цикла недостаточна для достижения желаемой температуры внутри закрытого объема за приемлемое время. Поэтому начальная скорость следующего рабочего цикла должна быть больше v_start.

В правой части фиг.5 также показаны три значения скорости компрессора: v_start, v_{start_calc} и v_{start_next}. Скорости v_{start_calc} и v_{start_next} рассчитаны таким же образом, как описано выше со ссылками на фиг.4. Однако, поскольку скорость компрессора была увеличена в предыдущем рабочем цикле, как описано выше со ссылками на фиг.3, v_mean больше v_start.

Из правой части фиг.5 ясно следует, что v_{start_calc} больше v_start и _{vstart_next} находится между v_start и v_{start_calc}.

Способ управления скоростью компрессора (1) с переменной скоростью вращения, входящего в состав системы охлаждения, которая содержит термореле (5), содержащее температурный датчик (2), установленный внутри закрытого объема. Согласно одному аспекту измеряют время t_actual, прошедшее с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО, и сравнивают измеренное время t_actual с заданным пороговым значением t_set. В случае если t_actual достигает значения t_set, увеличивают скорость вращения компрессора (1), имеющего переменную скорость вращения, на величину v_{speed_up}, причем v_{speed_up} представляет собой заранее заданную часть в процентах от начальной скорости v_start. Согласно другому аспекту определяют начальную скорость v_{start_next} компрессора (1) с переменной скоростью вращения для следующего рабочего цикла системы охлаждения на основе соотношения между t_end и заданным пороговым значением t_set, а также на основе v_start. Изобретение направлено на снижение потребления энергии. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Способ управления скоростью компрессора (1) с переменной скоростью вращения, при этом компрессор (1) с переменной скоростью вращения входит в состав системы охлаждения, предназначенной для управления температурой внутри закрытого объема, причем система охлаждения дополнительно содержит конденсатор, расширительное устройство, испаритель и термореле (5), содержащее температурный датчик, установленный внутри закрытого объема, причем способ содержит следующие этапы:
- переключение, посредством термореле (5), системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО;
- обеспечение работы компрессора (1) с переменной скоростью вращения на начальной скорости v_start;
- измерение времени t_actual, прошедшего с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО;
- сравнение измеренного времени t_actual с заданным пороговым значением t_set; и
- в случае если t_actual достигает значения t_set, увеличение скорости компрессора (1) с переменной скоростью вращения на величину v_{speed_up}, причем v_{speed_up} представляет собой заранее заданную часть в процентах от начальной скорости v_start.

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий следующие этапы:
- продолжение измерения времени t_actual, прошедшего с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО, после этапа увеличения скорости компрессора (1) с переменной скоростью вращения;
- сравнение измеренного времени t_actual со вторым заданным пороговым значением t_{set_2}, причем t_{set_2} больше t_set; и
- в случае если t_actual достигает t_{set_2}, увеличение скорости компрессора (1) с переменной скоростью вращения на величину v_{speed_up_2}, причем v_{speed_up_2} больше v_{speed_up}.

3. Способ по любому из пп.1-2, дополнительно содержащий следующие этапы:
- переключение, посредством термореле (5), системы охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО;
- регистрация времени t_end, прошедшего с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО до момента переключения системы охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО;
- сравнение зарегистрированного времени t_end с заданным пороговым значением t_set;
- определение начальной скорости v_{start_next} компрессора (1) с переменной скоростью вращения для следующего рабочего цикла системы охлаждения на основе упомянутого сравнения; и
- обеспечение работы компрессора (1) с переменной скоростью вращения на скорости v_{start_next} в ответ на переключение, посредством термореле (5), системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО.

4. Способ по п.3, в котором этап определения начальной скорости v_{start_next} содержит выбор скорости, v_{start_next}, превышающей v_start в случае, если t_end больше t_set, и выбор скорости v_{start_next}, меньшей v_start, в случае, если t_end меньше t_set.

5. Способ по п.3, в котором v_{start_next} определяют на основе соотношения t_end/t_set между t_end и t_set.

6. Способ по п.3, в котором v_{start_next} определяют на основе средней величины скорости компрессора (1) с переменной скоростью вращения в течение предыдущего рабочего цикла системы охлаждения.

7. Способ управления скоростью компрессора (1) с переменной скоростью вращения, причем компрессор (1) с переменной скоростью вращения входит в состав системы охлаждения, предназначенной для управления температурой внутри закрытого объема, причем система охлаждения дополнительно содержит конденсатор, расширительное устройство, испаритель и термореле (5), содержащее температурный датчик, установленный внутри закрытого объема, причем способ содержит следующие этапы:
- переключение, посредством термореле (5), системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО;
- обеспечение работы компрессора (1) с переменной скоростью вращения на начальной скорости v_start;
- переключение, посредством термореле (5), системы охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО;
- регистрация времени t_end, прошедшего с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО до момента переключения системы охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО;
- определение начальной скорости v_{start_next} компрессора (1) с переменной скоростью вращения для следующего рабочего цикла системы охлаждения, причем v_{start_next} вычисляют на основе соотношения между t_end и заданным пороговым значением t_set, а также на основе v_start.

8. Способ по п.7, в котором v_{start_next} определяют дополнительно на основе коэффициента затухания d.

9. Способ по любому из пп.7-8, дополнительно содержащий следующие этапы:
- после того, как система охлаждения переключена в состояние ВКЛЮЧЕНО, и до того, как система охлаждения переключена в состояние ВЫКЛЮЧЕНО, измерение времени t_actual, прошедшего с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО;
- сравнение измеренного времени t_actual с заданным пороговым значением t_set; и
- в случае если t_actual достигает t_set, увеличение скорости компрессора (1) с переменной скоростью вращения на величину v_{speed_up}.

10. Способ по п.9, в котором v_{speed_up} представляет собой заранее заданную часть в процентах от начальной скорости v_start.

11. Способ по п.9, дополнительно содержащий этап вычисления средней скорости v_mean компрессора (1) с переменной скоростью вращения в течение времени, прошедшего с момента переключения системы охлаждения в состояние ВКЛЮЧЕНО до переключения системы охлаждения в состояние ВЫКЛЮЧЕНО, причем v_{start_next} дополнительно определяют на основе v_mean.