一种压缩机的转矩计算方法及具有其的空调器与流程

1.本发明涉及压缩机技术领域，具体涉及一种压缩机的转矩计算方法及具有其的空调器。


背景技术：

2.现有空调控制技术通常通过对压缩机转速的反馈调节来控制压缩机运行，但由于压缩机转速较高，转速的前馈或者后馈补偿的补偿量并没有一个合理的参考，从而可能会产生较大的补偿偏差，导致压缩机运转过程中转速波动较大，从而引发振动噪音、管路失效等问题。
3.由于现有技术中的压缩机转速较高，转速的前馈或者后馈补偿的补偿量不合理，从而可能会产生较大的补偿偏差，导致压缩机运转过程中转速波动较大，从而引发振动噪音、管路失效等技术问题，因此本发明研究设计出一种压缩机的转矩计算方法及具有其的空调器。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的压缩机转速的前馈或者后馈补偿的补偿量不合理，导致产生较大的补偿偏差，致使压缩机运转过程中转速波动较大的缺陷，从而提供一种压缩机的转矩计算方法及具有其的空调器。
5.为了解决上述问题，本发明提供一种压缩机的转矩计算方法，其包括：
6.检测步骤，检测压缩机的排气压力和吸气压力；或者检测冷凝器的冷凝温度和检测蒸发器的蒸发温度；
7.计算步骤，计算或直接获得压缩机的排气压力和吸气压力；
8.获取步骤，获取压缩机的泵体内的气动负载m＝f(pc,ps,θ)；
9.压缩机气动负载m如下所示：
[0010][0011]
其中r是转子半径，e是转子偏心距，l是泵体高度，θ是泵体角位置，pc是排气压力，ps是吸气压力。
[0012]
在一些实施方式中，θ是转子转ω与时间的函数，θ(t)＝ω(t)。
[0013]
在一些实施方式中，pc＝f(tc)，ps＝f(ts)；
[0014]
m＝f(f(tc),f(ts),θ(t))；
[0015]
其中tc是蒸发器感温包温度，ts是冷凝器感温包温度。
[0016]
在一些实施方式中，其中f(t)的函数以多项式的形式给出，并且在使用不同类型冷媒、内/外机可以有不同的函数组成，如下所示：
[0017]
外机：p＝a0+a1*t+a2*t2+a3*t3；
[0018]
内机：p＝b0+b1*t+b2*t2+b3*t3；
[0019]
其中p是吸排气管压力，t是内外机感温包测量的温度，系数ai是外机温度-压力多项式的系数，bi是内机温度-压力多项式的系数，其中i＝0～3。
[0020]
在一些实施方式中，通过对负载的傅里叶分析，获得所得负载的频谱，根据负载频谱上的频率成分及其对应的幅值和相位，采用多个正弦函数对负载进行重组。
[0021]
在一些实施方式中，所述傅里叶分析后的负载包含实部real_m和虚部imag_m，根据其实部虚部，得到对应频率下的幅值amp_t和相位phai_t，具体的重构方法如下公式：
[0022][0023]
在一些实施方式中，最终的重构负载m_rebuilt为：
[0024][0025]
其中f是频谱分析中所对应的谐频频率。
[0026]
在一些实施方式中，通过负载极大值处对应的转子空间角和电角度的匹配，实现负载相位的实时匹配。
[0027]
本发明还提供一种空调器，包括压缩机，其使用前任一项所述的转矩计算方法，对压缩机进行转矩计算。
[0028]
在一些实施方式中，所述压缩机为单转子压缩机。
[0029]
本发明提供的一种压缩机的转矩计算方法及具有其的空调器具有如下有益效果：
[0030]
本发明通过计算或直接获得压缩机的排气压力和吸气压力；获取步骤，获取压缩机的泵体内的气动负载m＝f(pc,ps,θ)，并且压缩机气动负载m如下：能够得到压缩机运转过程中的负载详情，则根据负载详情可以进行精准的转速补偿，为使用所获取的负载进行转矩补偿控制，在不改变空调器本身结构和组件的条件下，通过空调器运转过程中的冷媒温度或者压力变化，获取压缩机内部负载，为转矩补偿控制提供参考，由此减小压缩机振动以及振动噪音和管路失效等问题。
附图说明
[0031]
图1为本发明的两器流路展开及感温器件的安装位置示意图；
[0032]
图2为本发明的一个周期内的负载(机械角度与负载幅值的对应关系)曲线图；
[0033]
图3为本发明的160hz内的负载频谱；
[0034]
图4为本发明的重构负载与理论计算负载对比曲线图。
[0035]
附图标记表示为：
[0036]
1、第一流路入/出口；2、第一流路出/入口；3、第一流路中间位；4、第二流路入/出
口；5、第二流路出/入口；6、第二流路中间位；7、冷凝器/蒸发器。
具体实施方式
[0037]
如图1-4所示，本发明提供一种压缩机的转矩计算方法，其包括：
[0038]
检测步骤，检测压缩机的排气压力和吸气压力；或者检测冷凝器的冷凝温度和检测蒸发器的蒸发温度；
[0039]
计算步骤，计算或直接获得压缩机的排气压力和吸气压力；
[0040]
获取步骤，获取压缩机的泵体内的气动负载m＝f(pc,ps,θ)；
[0041]
压缩机气动负载m如下所示：
[0042][0043]
其中r是转子半径，e是转子偏心距，l是泵体高度，θ是泵体角位置，pc是排气压力，ps是吸气压力。
[0044]
本发明通过计算或直接获得压缩机的排气压力和吸气压力；获取步骤，获取压缩机的泵体内的气动负载m＝f(pc,ps,θ)，并且压缩机气动负载m如下：能够得到压缩机运转过程中的负载详情，则根据负载详情可以进行精准的转速补偿，为使用所获取的负载进行转矩补偿控制，在不改变空调器本身结构和组件的条件下，通过空调器运转过程中的冷媒温度或者压力变化，获取压缩机内部负载，为转矩补偿控制提供参考，由此减小压缩机振动以及振动噪音和管路失效等问题。
[0045]
本发明获取负载转矩之后首先是解决压缩机驱动控制时的驱动扭矩输入，驱动扭矩和负载在幅值和相位匹配的非常好时，压缩机振动就可以非常小，进而减小管路振动。
[0046]
在一些实施方式中，
[0047]
θ是转子转ω与时间的函数，θ(t)＝ω(t)。
[0048]
在一些实施方式中，
[0049]
pc＝f(tc)，ps＝f(ts)；
[0050]
m＝f(f(tc),f(ts),θ(t))；
[0051]
压缩机吸排气压力是冷媒饱和蒸汽温度的函数，因此通过饱和蒸汽温度能够反算出压缩机吸排气压力(公式1)，进一步的可通过将公式(1)带入公式(2)，即可通蒸发器/冷凝器上的感温包温度获取泵体内的气动负载(公式3)。
[0052]
pc＝f(tc)，ps＝f(ts)
ꢀꢀꢀ
(1)；
[0053]
m＝f(pc,ps,θ)
ꢀꢀꢀ
(2)；
[0054]
m＝f(f(tc),f(ts),θ(t))
ꢀꢀꢀ
(3)。
[0055]
其中tc是蒸发器感温包温度，ts是冷凝器感温包温度。
[0056]
在一些实施方式中，
[0057]
其中f(t)的函数以多项式的形式给出，并且在使用不同类型冷媒、内/外机可以有不同的函数组成，如下所示：
[0058]
外机：p＝a0+a1*t+a2*t2+a3*t3；
ꢀꢀꢀ
(5)
[0059]
内机：p＝b0+b1*t+b2*t2+b3*t3；
ꢀꢀꢀ
(6)
[0060]
其中p是吸排气管压力，t是内外机感温包测量的温度，系数ai是外机温度-压力多项式的系数，bi是内机温度-压力多项式的系数，其中i＝0～3。
[0061]
用两器上的感温包，对其不同位置的温度进行测定，可以得到不同的压力-温度曲线，也就是不同的压力-温度函数(5)和(6)，将这个函数带入到负载-压力关系中，就可以得到泵体内部负载。
[0062]
通过在两器不同的流路测定温度，建立不同流路处的温度和压力函数，以此确定最合适的感温包安装位，然后，将最佳测点处的温度-》压力-》负载函数写入控制板，生成实时负载。
[0063]
在一些实施方式中，
[0064]
通过对负载的傅里叶分析，获得所得负载的频谱，根据负载频谱上的频率成分及其对应的幅值和相位，采用多个正弦函数对负载进行重组。
[0065]
在一些实施方式中，本发明通过对内外机感温包温度的获取，并在控制模块中添加温度输入接口，即可实现对压缩机负载的实时获取(如图2所示)；并通过负载极值点的机械角与电角度的匹配，实现负载机械角度与电角度的对应；进一步的，通过对真实负载的傅里叶分析，获取其频谱(图3所示)，其傅里叶分析后的负载包含实部(real_m)和虚部imag_m，根据其实部虚部，可以得到，对应频率下的幅值(amp_t)和相位(phai_t)，具体的重构方法如下公式(4)：
[0066]
所述傅里叶分析后的负载包含实部real_m和虚部imag_m，根据其实部虚部，得到对应频率下的幅值amp_t和相位phai_t，具体的重构方法如下公式：
[0067][0068]
在一些实施方式中，
[0069]
最终的重构负载m_rebuilt为：
[0070][0071]
其中f是频谱分析中所对应的谐频频率，最终重构负载与理论负载的对比见图4。
[0072]
在单转子电机的驱动控制中，并没有在先技术通过对负载的傅里叶分析对负载进行重组过，常规驱动方波形有三角波、正弦波、方波，但并没有在先技术通过对负载的傅里叶分析来制定驱动波形。以上所述常规正弦波形一般是通过pi调控反馈调试得到的，也没有用傅里叶分析。
[0073]
在一些实施方式中，通过负载极大值处对应的转子空间角和电角度的匹配，实现负载相位的实时匹配。此处的电角度是根据驱动电流特点定的，在电机转子上有多相电流，
各相电流之间的空间角是一定的，但可以调控各自的电流大小。在电机运转时，电机上有转速传感器，在进行位置匹配时，先给电机一个转速目标，同时检测电流大小，当驱动电流最大时，其位置就是负载最大位置，之后的位置就可以以负载最大位置为参考，通过转速和时间的积分实时获取，获取位置后，每个位置都有一个对应的负载幅值，这样就实现了负载幅值相位与驱动的实时匹配，使电机的力矩平衡做到最佳。
[0074]
本发明还提供一种空调器，包括压缩机，其使用前任一项所述的转矩计算方法，对压缩机进行转矩计算。
[0075]
本发明创造的发明点在于：仅通过蒸发器和冷凝器的感温包，而无需另外增加空调结构组件，即可获取压缩机内部负载。
[0076]
通过负载极大值处对应的转子空间角和电角度的匹配，实现负载相位的实时匹配。
[0077]
通过傅里叶分析，获得所得负载的频谱，根据负载频谱上的频率成分及其对应的幅值、相位，可用多个正弦函数对负载进行重组，进而使负载更易于应用。
[0078]
在一些实施方式中，所述压缩机为单转子压缩机。
[0079]
根据冷媒在制冷/热循环过程中的热力学特性，其饱和蒸汽压力和对应的饱和蒸汽温度之间有对应的函数关系。本发明通过蒸发器和冷凝器的上的感温包获取蒸发温度和冷凝温度，然后根据其与吸排气压力的函数关系，获得吸排气压力，进一步的，通过气动负载与吸排气压力的函数关系，获得气动负载。相对应的，为使用所获取的负载进行转矩补偿控制，控制板上应有温度读取接口读取蒸发器和冷凝器感温包温度。
[0080]
具体的，1.感温包获取所在位置的温度：为使冷媒流动过程快速散热和组件上热量分布均匀，空调蒸发器和冷凝器通常设计成多流路同步蒸发或冷凝的形式，感温包位置的选取对吸/排气压力
‑‑
蒸发/冷凝温度关系的构建有所影响。具体的位置包含蒸发器出口、蒸发器各分路流路的中间位置(所述位置选取1个即可)，冷凝器入口、冷凝器各分路流路的中间位置(所述位置选取1个即可)。
[0081]
2.温度数据传送至控制器，控制器内部通过构建的负载计算公式(公式3)进行气动负载的计算。
[0082]
3.根据气动负载和吸/排气压力及转子角位移的关系(公式2)，即可获得气动负载。其中，转子角位移与压缩机转子转动过程中的位置是固定对应关系，当θ在0～2π范围内取值时，即可获取给定蒸发/冷凝器感温包温度情况下，不同转子角位移所对应的压缩机气动负载(图2所示)。
[0083]
4.将生成的负载进行傅里叶分析，得到其频谱成分后进行负载重构。
[0084]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。