CN109899289A - 一种双电机驱动的双滚动活塞压缩机结构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种双电机驱动的双滚动活塞压缩机结构及其控制方法，压缩机结构包括由两个电机分别进行独立驱动的两个气缸，其中，一级气缸的吸气孔口直接连接至进气管道，一级气缸的排气孔口经过第一电磁阀连接排气管道，二级气缸的吸气孔口经过第三电磁阀连接进气管道，一级气缸的排气孔口与二级气缸的吸气孔口之间设置有第二电磁阀，二级气缸的排气孔口直接连接至排气管道；两个电机连接用于控制转速的变频器，电磁阀均连接控制器。通过选择自主控制两个缸的串并联，串联实现大压比情况，并联实现大流量情况，本发明的两个电机可以由变频器控制实现频率的变换，实行无级变流量、变压比调节。

Description

一种双电机驱动的双滚动活塞压缩机结构及其控制方法

技术领域

本发明属于滚动活塞压缩机结构设计领域，具体涉及一种双电机驱动的双滚动活塞压缩机结构及其控制方法，既可以串联实现两级压缩，又可以并联实现大流量一级压缩。

背景技术

滚动活塞压缩机又称滚动转子压缩机，是容积式压缩机的一类，依靠安装在气缸内的滚动活塞在气缸内做旋转运动以及一个与滚动活塞相接触的滑片进行往复运动实现气体压缩。

滚动活塞压缩机的内部基本结构包括气缸、滚动转子、滑片、排气阀，其基本的工作过程为：转子外表面与气缸内表面之间构成一个月牙形空间，其位置随转子的转角变化。往复运动的滑片将该月牙形空间分离为两个孤立部分，一部分和吸气孔口相通，另一部分通过排气阀与排气腔相通，滑片通过弹簧压紧在转子的外表面上。此类压缩机有以下的主要特点：结构简单，零部件少；滚动活塞及滑板两侧的工作腔中，吸气、压缩和排气过程是同时进行的，这样不仅运转平稳而且使气体在吸气孔口及排气阀中的流速比也比较低；仅滑片有较小的往复惯性力，旋转惯性力可以从结构设计中完全平衡，机器振动小，运转平稳；只有滑片与滑片槽、滑片顶部与套圈、套圈与曲轴之间有相对运动，摩擦损失小、可靠性较高。

目前的滚动活塞压缩机主要应用于房间空调器和除湿机，但由于其固有的结构特点，只能适合于小流量、小压比的场合。虽然，现有技术中已有通过双缸滚动活塞压缩机解决小压比问题，但由于只有一个电机驱动，并不能有效的实现压比的无极调节。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种双电机驱动的双滚动活塞压缩机结构及其控制方法，能够在双缸最大流量、压比范围内进行流量、压比的调节。

为了实现上述目的，本发明双电机驱动的双滚动活塞压缩机结构采用的技术方案为：包括由两个电机分别进行独立驱动的两个气缸，其中，一级气缸的吸气孔口直接连接至进气管道，一级气缸的排气孔口经过第一电磁阀连接排气管道，二级气缸的吸气孔口经过第三电磁阀连接进气管道，一级气缸的排气孔口与二级气缸的吸气孔口之间设置有第二电磁阀，二级气缸的排气孔口直接连接至排气管道；所述的两个电机连接用于控制转速的变频器，第一电磁阀、第二电磁阀与第三电磁阀连接控制器。所述两个电机分别通过联轴器连接两根主轴，所述两个气缸中均设有滚动转子，两根主轴分别带动滚动转子在各自的气缸内做旋转运动。

所述的两个电机在竖直方向上相对布置。

所述的进气管道与排气管道中分别设置有压力传感器，压力传感器连接控制器。变频器与控制器相连，控制器中设有能调节的压比参考值，变频器中设有能调节的频率参考值。

本发明双电机驱动的双滚动活塞压缩机结构的控制方法，包括以下步骤：当需要大流量工况时，将两个气缸并联，使第一电磁阀打开，第二电磁阀关闭，第三电磁阀打开，一级气缸压缩完成后的气体直接通往排气管道，二级气缸从进气管道中吸气，压缩完成后通往排气管道；当需要大压比工况时，将两个气缸串联，一级气缸从进气管道中吸气，打开第二电磁阀，关闭第一电磁阀和第三电磁阀，先后完成一、二级压缩通往排气管道。

两个电机的转速通过变频器进行控制，第一电磁阀、第二电磁阀与第三电磁阀的开闭通过控制器进行控制，进气管道与排气管道中分别设有压力传感器，压力传感器连接控制器；压力传感器信号与控制器中设定的压比参考值进行对比，控制器根据传感器输入信号与内置设定压比参考值的差值，调节变频器的设定频率，实现对变频器所连接电机的转速调节，再通过调节流量，实现无极变流量调节；或者，通过调节压比参考值，实现无极变压比调节。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：采用两个电机分别独立驱动两个气缸，两个气缸均能够实现吸气、压缩、排气过程，根据不同的需求合理的布置两个气缸，两个气缸之间组成串联或并联系统，并通过电磁阀实现连接形式的切换，有效解决了目前滚动活塞压缩机流量小、压比小的问题。本发明的两个电机连接变频器，电磁阀连接控制器，控制电磁阀的开闭，调节变频器的频率，能够对两个电机频率进行分别调节，因此，便可以在双缸最大流量、压比范围内进行流量、压比的调节，能够实现无极变流量、变压比调节。

附图说明

图1本发明的压缩机结构连接关系示意图；

图2本发明的压缩机内部管道布置示意图；

图3本发明的控制结构原理示意图；

图4本发明串并联控制电磁阀部分控制逻辑图；

图5本发明变流量转速调节方案1的控制逻辑图；

图6本发明变流量转速调节方案2的控制逻辑图；

图7本发明无级压比调节控制逻辑图；

图中：1-电机；2-联轴器；3-主轴；4-气缸；5-滚动转子；6-吸气孔口；7-排气孔口；8-1.第一电磁阀；8-2.第二电磁阀；8-3.第三电磁阀；9-进气管道；10-排气管道；11-变频器；12-电源；13-控制器；14-第一压力传感器；15-第二压力传感器；16-流量传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，本发明在传统的双缸两级滚动活塞压缩机基础上进行改造，原始结构由一个电机驱动一根主轴带动双滚动活塞在双缸内运动，改造为两个电机分别驱动两根主轴，各自带动滚动活塞运动。具体结构如下：两个电机1通过联轴器2分别驱动两根主轴3带动两个滚动转子5在两个气缸4内运动，分别完成吸气、压缩、排气过程。

两个电机在竖直位置相对布置，节省了占地面积。

参见图2，本发明压缩机内部管道布置中，进气管道9分别连接一级气缸的吸气孔口6，通过第三电磁阀8-3连接二级气缸的吸气孔口6，一级气缸的排气孔口7分别通过第一电磁阀8-1连接排气管道10，通过第二电磁阀8-2连接二级气缸的吸气孔口6，二级气缸的排气孔口7直接连接排气管道10。在进气管道9中布置第一压力传感器14，在排气管道10中布置第二压力传感器15，方便控制压缩机内部两级气缸的串并联，实现大流量、大压比转变。

参见图4，按照客户需求在控制器13内置压比信号，由第一压力传感器14、第二压力传感器15传输到控制器13的信号与内置信号进行对比，当目前压比过小时，控制器控制第一电磁阀8-1关闭、第二电磁阀8-2打开、第三电磁阀8-3关闭，此时压缩机由一级压缩转变为两级压缩，实现大压比工况，具体的压比调节过程参见图6。当目前压比过大时，说明一级压缩便可以满足，此时第一电磁阀8-1打开、第二电磁阀8-2关闭、第三电磁阀8-3打开，将二级压缩改为了双缸一级并联压缩，增大了流量，具体的流量调节由参见图5、6的控制流程。

参见图5，在滚动转子压缩机中，流量可以由压比反馈，当压比大时，相应流量比较大，因此用压力信号反应流量。由第一压力传感器14和第二压力传感器15传入的信号与控制器13内置的所需压比信号进行对比，当差值型号大于0时，说明此时压缩机流量偏大，由于：

V＝V_tolnη_v＝πR²lεn(2-ε)η_v

式中：V——容积流量；R——气缸半径；ε——偏心率；n——转速；

η_v——容积效率。

由上式可以看出流量随着转速的增大而增大，因此，当流量偏大时，需要降低转速，控制器13控制两个变频器11使其频率降低，达到降低流量的目的。反之，当差值信号小于0时，说明此时压缩机流量不足，需要提高转速，控制器13控制两个变频器11使其频率增加，达到增大流量的目的。理论上能够实现在最大流量范围内无级变流量。

参见图6，在排气通道内布置流量传感器16。流量传感器信号与控制器中设定的流量信号对比，控制器13通过分析传感器输入信号与内置设定流量的差值，调节变频器11的设定频率，实现对变频器所连接的电机1的转速调节，进一步调节流量，实现无极变流量调节。但是由于本控制方式需要在排气管道增加流量传感器16，该控制方式的缺点是成本太高。

参见图7，由第一压力传感器14、第二压力传感器15传入控制器13内的信号与其内置信号作对比，当差值大于0时，说明此时压缩机压比过大，因此要想降低压比，需要第一级压缩转速降低，第二级压缩转速增高，此时控制器13控制一级气缸变频器的频率降低，控制二级气缸变频器的频率增高，此时一级压缩流量小，二级转速快，需要流量大，进而导致排气压力降低；当差值小于0时，说明此时压缩机压比过小，因此要想增大压比，需要第一级压缩转速增高，第二级压缩转速降低，此时控制器13控制一级气缸变频器的频率增高，控制二级气缸变频器的频率降低，此时一级压缩流量大，二级转速小，需要流量小，进而导致排气压力增大。合理配置一、二级电机驱动频率，能够实现在最大压比范围内的无级变压比。

本发明不同于传统滚动活塞压缩机，由两个电机分别驱动每个主轴，分别带动每个转子在其气缸内做旋转运动，选择自主控制两个缸的串并联，串联实现大压比情况，并联实现大流量情况。两个电机又可以由变频器控制实现频率的变换，实行无级变流量、变压比调节。

Claims (7)

1.一种双电机驱动的双滚动活塞压缩机结构，其特征在于：包括由两个电机(1)分别进行独立驱动的两个气缸(4)，其中，一级气缸的吸气孔口直接连接至进气管道(9)，一级气缸的排气孔口经过第一电磁阀(8-1)连接排气管道(10)，二级气缸的吸气孔口经过第三电磁阀(8-3)连接进气管道(9)，一级气缸的排气孔口与二级气缸的吸气孔口之间设置有第二电磁阀(8-2)，二级气缸的排气孔口直接连接至排气管道(10)；所述的两个电机(1)连接用于控制转速的变频器，第一电磁阀(8-1)、第二电磁阀(8-2)与第三电磁阀(8-3)连接控制器。

2.根据权利要求1所述的双电机驱动的双滚动活塞压缩机结构，其特征在于：所述两个电机(1)分别通过联轴器(2)连接两根主轴(3)，所述两个气缸(4)中均设有滚动转子(5)，两根主轴(3)分别带动滚动转子(5)在各自的气缸(4)内做旋转运动。

3.根据权利要求1或2所述的双电机驱动的双滚动活塞压缩机结构，其特征在于：所述的两个电机(1)在竖直方向上相对布置。

4.根据权利要求1所述的双电机驱动的双滚动活塞压缩机结构，其特征在于：所述的进气管道(9)与排气管道(10)中分别设置有压力传感器，压力传感器连接控制器。

5.根据权利要求4所述的双电机驱动的双滚动活塞压缩机结构，其特征在于：所述的变频器与控制器相连，控制器中设有能调节的压比参考值，变频器中设有能调节的频率参考值。

6.一种基于权利要求1所述双电机驱动的双滚动活塞压缩机结构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：当需要大流量工况时，将两个气缸(4)并联，使第一电磁阀(8-1)打开，第二电磁阀(8-2)关闭，第三电磁阀(8-3)打开，一级气缸压缩完成后的气体直接通往排气管道(10)，二级气缸从进气管道(9)中吸气，压缩完成后通往排气管道(10)；当需要大压比工况时，将两个气缸(4)串联，一级气缸从进气管道(9)中吸气，打开第二电磁阀(8-2)，关闭第一电磁阀(8-1)和第三电磁阀(8-3)，先后完成一、二级压缩通往排气管道(10)。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：两个电机(1)的转速通过变频器进行控制，第一电磁阀(8-1)、第二电磁阀(8-2)与第三电磁阀(8-3)的开闭通过控制器进行控制，进气管道(9)与排气管道(10)中分别设有压力传感器，压力传感器连接控制器；压力传感器信号与控制器中设定的压比参考值进行对比，控制器根据传感器输入信号与内置设定压比参考值的差值，调节变频器的设定频率，实现对变频器所连接电机的转速调节，再通过调节流量，实现无极变流量调节；或者，通过调节压比参考值，实现无极变压比调节。