DK162408B - Anordning ved en kompressor til drejningsmomentstyring - Google Patents

Description

1 DK 162408 B

Opfindelsen angår lukkede kompressorer, og især en anordning til drejningsmomentstyring ved lukkede kompressorer.

Først skal konstruktionen af en konventionel lukket kom-5 pressor forklares med henvisning til fig. 1. I fig. 1 angiver henvisningstallet 1 et hus til anbringelse af motorelementer og kompressorelementer, henvisningstallet 2 angiver en stator fastgjort til huset 1, henvisningstallet 3 angiver en rotor, henvisningstallet 4 en aksel 10 presset ind i og fastgjort til rotoren 3, henvisningstallet 5 et hovedleje fastgjort til huset 1 til at bære akslen 4, henvisningstallet 6 et endeleje til understøtning af akslen 4, henvisningstallet 7 en cylinderblok fastholdt imellem hovedlejet 5 og endelejet 6, henvisnings-15 tallet 8 en rulle fastgjort i en krumtapdel for akslen 4, henvisningstallet 9 en vinge til deling af et cylinderkammer i et sugekammer 10 og et kompressionskammer 11, og henvisningstallet 12 er en vibrationsdæmpende del til understøtning af kompressoren. En sådan almindelig kendt 20 rotationskompressor er beskrevet i US patent nr.

3 130 902.

I ovennævnte lukkede kompressor frembringer en højtryksgas i kompressionskammeret 11 en drejningsmomentbelast-25 ning T^( e) i retning mod uret for akslen 4, og frembringer et moment T6(e) i retning med uret for cylinderblokken 7. Drejningsmomentet T_(e) bestemmes hovedsagelig ved et afgangstryk Pd og et sugetryk Ps.

30 Ved en rotationsdel, som indeholder rotoren 3 og akslen 4, er drejningsmomentbelastningen-TG(e) balanceret af motorens udgangsdrejningsmoment TM(fl) givet ved statoren 2, og inertidrejningsmomentet 35 JK d2fl dt2 i

, DK 162408 B

for rotationsdelen (hvor JR angiver inertimomentet af den roterende del), og Λ 5 dt2 vinkelaccelerationen af den roterende del, hvis rotationshastighed varierer. Drejningsmomentbalancen er givet ved ligningen 10

j A

dt2 + TH(.) . TG(.).

Det skal bemærkes, at et dæmpningsudtryk for akslen er 15 udeladt i ovennævnte ligning, eftersom dette udtryk er ubetydeligt lille. Fig. 2 viser forholdene imellem drejningsvinklen og hvert af drejningsmomenterne Τ^(ø) og TM(e) ved en periode, når den roterende del én gang er vendt (eller drejet). Som vist i fig. 2 er rotationshas-20 tigheden for den roterende del, i et rotationsvinkelområde, hvor Tq(e) > Trø(ø), reduceret med en størrelse d2o dt2 25 og drejningsinertimomentet JR ^4 30 at er frigjort for at kompensere en drejningsmomentdifferen-ce Tg(ø)-TM(ø). Rotationshastigheden af den roterende del 35 i et rotationsvinkelområde, hvor Τβ( ø) < T^( ø), er forøget med en værdi 3

DK 162408 B

d2ø dt2, en drejningsmomentdifference TM(e)-Tq(g) tilføres således 5 og oplagres i den roterende del. Derfor vokser rotationshastigheden af den roterende del og aftager i en periode, når den roterende del er vendt én gang, og den roterende del således vibrerer.

10 Belastningsdrejningsmomentet T^(e) og motorudgangsdrejningsmomentet TM(ø) på den ikke-roterende side, som omfatter statoren 2, cylinderblokken 7, hovedlejet 5 og endelejet 6, som hvert er fastgjort til huset, viser sig som reaktionen af belastningsdrejningsmomentet T^(ø) og 15 motorudgangsdrejningsmomentet TM(e) ved den roterende del, og drejningsmomentforskellen Tg(ø)-TM(ø) forekommer tilsvarende ved den roterende del. På den ikke-roterende side er drejningsmomentdifferencen T^(ø )-TM(ø) imidlertid balanceret af inertidrejningsmomentet 20 JST—2 dt\ som bliver frembragt, når et ikke-rotationslegeme med 25 inertimomentet JgT drejes for derved at opnå en vinkelacceleration Λ at2 30 og genopretter drejningsmomentet K.ø, som frembringes, når vibrationsdæmpningsdelen 12 drejes en vinkel ø. Ovennævnte balance udtrykkes med en ligning 35 JST oli ST „t2 ♦ K.« = TG(.)-TM(.), 4

DK 162408 B

Fig. 3 viser et forhold mellem tre størrelser JST &- dt2 + K.ø, TM.(e) og T6(e) 5 ved en periode, når rotationsdelen er drejet én gang. Som vist i fig. 3 antager drejningsmomentdifferencen T^(ø )-T (0) positive og negative værdier i en periode, når den roterende del er drejet én gang. Dvs. drejnings-10 momentdifferencen virker som en vibrationsfrembringende kraft, og hele det ikke-roterende legeme drejes gennem en vinkel ø (med andre ord, det ikke-drejende legeme vibrerer).

15 Som ovenfor nævnt virker drejningsmomentdifferencen Tg(ø)-TM(ø) i den konventionelt lukkede kompressor som en vibrationskilde, som synes uundgåelig på den ikke-roterende side. Derfor kan ingen vibrationsdæmpende midler forhindre kompressoren i at vibrere.

20

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en lukket kompressor, som er vibrationsfri ved at gøre en forskel mellem drejningsmomentbelastningen og motorens udgangs-drejningsmoment lig med nul, dvs. ved at fjerne en vi-25 brationskilde i en konventionel lukket kompressor.

Dette formål opnås ved, at den i krav l’s indledning angivne anordning ved en kompressor til drejningsmomentsty-ring er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del 30 angivne.

I FR-A- 2 347 819 driver en asynkronmotor en kompressor og et køleapparat og der frembringes i afhængighed af temperaturen i fordamperen i køleapparatet en fasefor-35 skydning via en elektronisk komponent, som ændrer den til asynkronmotoren tilførte spænding (og dermed strøm). Med disse midler, anføres det, kan den af motoren forbrugte K DK 162408 Β energi gøres lig med den af kompressoren forbrugte energi. Der er imidlertid i dette trykskrift intet anført om, at positionen af en roterende del af kompressoren spiller nogen som helst rolle for at styre faseforskyd-5 ningen under hver omdrejning af kompressoren, og det er ikke angivet, at motorens drejningsmoment er gjort lig med belastningsdrejningsmomentet på kompressoren under hver omdrejning.

10 Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvorpå: fig. 1 er et snitbillede af konstruktionen af en konventionelt lukket kompressor, 15 fig. 2 er en grafisk afbildning, som viser drejningsmomentkurver på rotations s iden af den i fig. 1 viste kompressor, 20 fig· 3 er en grafisk afbildning, som viser drejningsmomentkurver på den rotationsfri side af den i fig. 1 viste kompressor, fig. 4 er et blokdiagram, som viser en udførelsesform for 25 et drejningsmomentstyresystem til lukkede kompressorer ifølge opfindelsen, og fig. 5 er et blokdiagram, som viser en anden udførelsesform for et drejningsmomentstyresystem til lukkede kom-30 pressorer ifølge opfindelsen.

En udførelsesform for en anordning til drejningsmoment-styring af en lukket kompressor ifølge opfindelsen skal nu beskrives med henvisning til fig. 4. I fig. 4 angiver 35 henvisningstallet 13 en kompressor, 14 angiver en kondensator, 15 angiver et kapillarrør, og 16 en fordamper.

Disse dele 13-16 udgør et kølekredsløb. Desuden angiver

6 DK 162408 B

henvisningstallene 17-1 og 17-2 i fig. 4 detektorer til at detektere information på en belastning påført kompressoren 13 (d.v.s. et tryk på afgangssiden), 18 er en positionsdetektor til at detektere drejningspositionen af 5 kompressorens 13 roterende del, 19 er en signalkonverter til at udføre analogrtil-digital konvertering for hvert af signalerne fra detektorerne 17-1, 17-2, og 18 og 20, som er en styreenhed fremstillet af en mikrocomputer eller lignende. Hver af detektorerne 17-1 og 17-2 er udfor-10 met af en temperatur føler, f.eks. en termistor. Posi tionsdetektoren 18 er f.eks. udformet af en rotationsdekoder .

En ligning TG=(PC-Pg).S.T til bestemmelse af drejningsmo-15 mentet T„(0) er tidligere oplagret i styreenheden 20 (hvor P_ angiver et tryk i cylinderen i afhængighed af afgangstrykket Pd, S er et areal af akslen, hvor drejningsmomentet TG påføres, og T er afstanden imellem akslens centerakse og virkepunktet af et differentialtryk), 20 og drejningsmomentet Tg, som er vist i fig. 2 og 3, er beregnet med styreenheden 20 på basis af data i forhold til afgangstrykket Pd og sugetrykket Ps, som tilføres fra detektorerne 17-1 og 17-2 hvert øjeblik. Desuden beregnes motorudgangsdrejningsmomentet svarende til det således 25 beregnede drejningsmoment Tg som en funktion af motorens omdrejningsposition, idet positionsdata fra positionsdetektoren anvendes. Elektrisk effekt tilført fra en drivkilde 21 til kompressoren 13 justeres i synkronisme med en ændring i drejningsmomentet Tg på basis af en instruk-30 tion afgivet fra styreenheden 20.

I den foreliggende udførelsesform med ovennævnte konstruktion bliver information på en til kompressoren påført belastning detekteret med detektorerne 17-1 og 17-2, 35 som er anbragt på delene, som er indeholdt i kølekredsløbet, og drejningspositionen af kompressorens 13 rotationsdel detekteres med positionsdetektoren 18. Signaler

7 DK 162408 B

i j fra detektorerne 17-1 og 17-2 og 18 overføres til styreenheden 20 gennem signalkonverteren 19. Både størrelsen af det til kompressoren 13 påførte drejningsmoment i en periode, når rotationsdelen er drejet én gang, og en tid, 5 hvor drejningsmomentbelastningen er ført til kompressoren 13, beregnes med styreenheden 20 på basis af ovennævnte signaler, og en således opnået instruktion sendes fra styreenheden 20 til drivkilden 21 for at styre en til kompressoren ført spænding eller strøm. I den således i 10 styrede kompressor 13 gøres motorens udgangsdrejningsmoment Τ^(e) lig med belastningsdrejningsmomentet Τ^(e) i ! synkronisme med enhver ændring i drejningsmomentbelastningen, under den periode, hvor rotationsdelen drejes én gang, og derfor er drejningsmomentet TM(ø) og drejnings-15 momentet Τβ( ø) vel afbalanceret. Derfor er det vibrationsf rembringende moment Τρ(0)-Τ^(β) lig med nul både på rotationsdelens side og på den ikke-roterende side.

D.v.s. den vibrationsfrembringende kilde er fjernet og der kan således opnås en vibrationsfri lukket kompressor. | 20

Fig. 5 viser en anden udførelsesform for en anordning til drejningsmomentstyring af lukkede kompressorer ifølge opfindelsen. Denne ud førelses form har en funktion til styring af antallet af omdrejninger af rotationsdelen i til-25 knytning til funktionen til styring af motorens udgangsdrejningsmoment. I fig. 4 og 5 betegner ens henvisningstal tilsvarende dele. I fig. 5 angiver henvisningstallet 17-3 en detektor til at detektere temperaturen omkring fordamperen 16 for at opnå information om den til kom-30 pressoren 13 krævede kølemiddelkapacitet, 22 er en inver-terdrivdel, og 23 en inverter. Styreenheden 20 afgiver en instruktion til styring af inverteren 23 på basis af et signal fra detektoren 17-3 og således bringes antallet af omdrejninger af den roterende del at svare til den kræve-35 de kølemiddelkapacitet for at spare elektrisk effekt.

D.v.s. antallet af omdrejninger af den roterende del og belastningsdrejningsmomentet ifølge opfindelsen kan sty-

8 DK 162408 B

res i overensstemmelse med en belastningskapacitet og således kan der opnås en udmærket lukket kompressor, som har ringe effektforbrug og er vibrationsfri.

5 Som det er forklaret i det foregående bliver en til en lukket kompressor tilført spænding eller strøm ifølge opfindelsen styret med et styresystem, således at motorens udgangsdrejningsmoment er lig med belastningsdrejningsmomentet i synkronisme med hver ændring i belastningsdrej-10 ningsmomentet i en periode, når den roterende del af kompressoren er drejet én gang, og derfor kan en differens imellem belastningsdrejningsmomentet og motorens udgangsdrejningsmoment, som virker som vibrationsfrembringende drejningsmoment for kompressoren, bringes til at være lig 15 med nul. Således kan en vibrationsfri lukket kompressor opnås.

20 25 30 35

Claims (7)

1. Anordning ved en kompressor til drejningsmomentstyring 5 omfattende en kompressor (13), en elektromotor til at drive kompressoren, et styreorgan til at styre den til motoren tilførte elektriske effekt, og et første detekteringsorgan (17-1, 17-2) til at detektere information på den til kompressoren (13) tilførte belastning, k e n-10 detegnet ved, et andet detekteringsorgan (18) til at detektere drejningspositionen af en roterende del af kompressoren, hvorhos styreorganet omfatter: 15 en første styreenhed (19, 20) til på basis af udgangssignalerne fra det første detekteringsorgan (17-1, 17-2) og det andet detekteringsorgan at beregne størrelsen af et belastningsdrejningsmoment (Τβ(β)), som tilføres til kom-20 pressoren ved hver omdrejning af kompressorens roterende del og i afhængighed af sammes drejningsposition, og en anden styreenhed (21, 22, 23) til at styre en spænding eller en strøm, som tilføres motoren for at drive kom-25 pressoren, som svar på størrelsen af belastningsdrejningsmomentet (Tq(ø)) for derved at styre motorens udgangsdrejningsmoment (Τ^(β)) således, at det er lig med belastningsdrejningsmomentet for hver omdrejning af kompressorens roterende del. 30

2. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det første detekteringsorgan (17-1, 17-2) er sammensat af et temperaturbestemmende organ.

3. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en kondensator (14) og en fordamper (16), som i fællesskab i serie med kompressoren (13) danner et køle- DK 162408 B ίο kredsløb, hvorhos det første detekteringsorgan (17-1, 17-2) detekterer temperaturerne af kondensatoren (14) og af fordamperen (16).

4. Anordning ifølge krav 3, kendetegnet ved et tredie detekteringsorgan (17-3) til at detektere information vedrørende den kølekapacitet, som skal frembringes af kompressoren, 10 hvorhos den første styreenhed (19, 20) yderligere beregner den ønskede omdrejningshastighed af en roterende del af kompressoren på basis af et udgangssignal fra det tredie detekteringsorgan (17-3.), og 15 hvorhos den anden styreenhed (21, 22, 23) også reagerer på kompressorens omdrejningshastighed.

5. Anordning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at den anden styreenhed (21, 22, 23) omfatter en inverter 20 (23), som styrer den til motoren tilførte spænding eller strøm som svar på nævnte omdrejningshastighed.

6. Anordning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at det første detekteringsorgan (17-1, 17-2) omfatter en 25 temperaturføler.

7. Anordning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at det tredie detekteringsorgan (17-3) detekterer fordamperens (16) omgivelsestemperatur, og at den anden styre- 30 enhed yderligere styrer kompressorens omdrejningshastig hed. 35