(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機に供給される電流と前記圧縮機のピストンの速度を検出する検出手段と、
前記電流の位相と前記ピストンの速度の位相とを比較して前記電流とピストンの速度との位相差を出力する位相差比較手段と、
前記位相差によって運転周波数を基準運転周波数から所定周波数単位で加減させて前記位相差が所定範囲になる時点における運転周波数を決定する運転周波数決定手段と、
前記決定された運転周波数により速度指令値を決定する速度指令値決定手段と、
前記決定された速度指令値と前記検出されたピストンの速度とを比較し、該比較の結果に対応する制御信号を前記圧縮機に与え、前記決定された運転周波数によって前記圧縮機の運転周波数を変化させる制御手段と、
を包含して構成されることを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項２】
前記運転周波数決定手段は、
前記圧縮機が安定運転を行う前記位相差の所定の範囲を高効率領域として格納する高効率領域格納部と、
前記出力された位相差が前記高効率領域に含まれるか否かを判定する比較部と、
前記比較部の判定結果によって、前記運転周波数を基準運転周波数から所定値を加減して新しい運転周波数として設定する運転周波数決定部と、
を包含して構成されることを特徴とする請求項1に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項３】
前記運転周波数決定部は、
前記位相差比較手段から出力された位相差が前記高効率領域の上限位相差よりも大きいと、前記運転周波数を増加させることを特徴とする請求項2に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項４】
前記運転周波数決定部は、
前記位相差比較手段から出力された位相差が前記高効率領域の下限位相差よりも小さいと、前記運転周波数を減少させることを特徴とする請求項2に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項５】
前記速度指令値決定手段は、
各運転周波数に該当する速度指令値を格納する格納部と、
前記運転周波数決定手段から与えられた運転周波数により速度指令値を決定する速度指令値決定部と、
により構成されることを特徴とする請求項1に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記速度指令値決定手段から与えられた速度指令値と前記検出手段により検出された前記ピストンの速度の実際値とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果によって前記圧縮機に印加する電圧を変化させる入力電圧可変手段と、
前記運転周波数決定手段から与えられる運転周波数によって前記圧縮機の運転周波数を変化させる運転周波数可変手段と、
を包含して構成されることを特徴とする請求項1に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項７】
圧縮機に印加される電流、電源電圧及び前記圧縮機のピストンの上死点（TDC）を検出する検出手段と、
前記電流と電源電圧との位相を比較して前記電流と電源電圧との位相差を出力する位相差比較手段と、
前記位相差によって運転周波数を基準運転周波数から所定周波数単位で加減して前記位相差が所定範囲になる時点における運転周波数を決定する運転周波数決定手段と、
前記運転周波数決定手段から与えられた運転周波数によりTDC指令値を決定するTDC指令値決定手段と、
前記TDC指令値決定手段により決定されたTDC指令値と前記検出手段により検出された前記TDCとを比較して該比較結果に対応する制御信号を前記圧縮機に与え、前記運転周波数決定手段により決定された運転周波数によって前記圧縮機の運転周波数を変化させる制御手段と、
を包含して構成されることを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項８】
前記運転周波数決定手段は、
前記圧縮機が安定運転を行う前記位相差の所定の範囲を高効率領域として格納する高効率領域格納部と、
前記出力された位相差が前記高効率領域に含まれるか否かを判定する比較部と、
前記比較部の判定結果によって、前記運転周波数を基準運転周波数から所定値を加減して新しい運転周波数として設定する運転周波数決定部と、
を包含して構成されることを特徴とする請求項7に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項９】
前記運転周波数決定部は、
前記位相差比較手段から出力された位相差が前記高効率領域の上限位相差よりも大きいと、前記運転周波数を増加させることを特徴とする請求項8に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項１０】
前記運転周波数決定部は、
前記位相差比較手段から出力された位相差が前記高効率領域の下限位相差よりも小さいと、前記運転周波数を減少させることを特徴とする請求項8に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項１１】
前記TDC指令値決定手段は、
各運転周波数に該当するTDC指令値を格納する格納部と、
前記運転周波数決定手段から与えられる運転周波数によりTDC指令値を決定するTDC指令値決定部と、
により構成されることを特徴とする請求項7に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、
前記TDC指令値決定手段から与えられたTDC指令値と前記検出手段により検出された前記ピストンのTDCの実際値とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果によって前記圧縮機に印加する電圧を変化させる入力電圧可変手段と、
前記運転周波数決定手段から与えられる運転周波数によって前記圧縮機の運転周波数を変化させる運転周波数可変手段と、
を包含して構成されることを特徴とする請求項7に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項１３】
基準周波数で圧縮機を運転する段階と、
前記圧縮機のピストンの速度と該圧縮機に供給される電流との位相差に基づいてTDCが0になる位相差曲線の位相差変曲点を求め、該位相差変曲点における速度を速度指令値とするように速度指令値を決定する段階と、
前記速度指令値に従って前記圧縮機を運転する段階と、
負荷変動が発生した場合、前記圧縮機の運転周波数を変化させ、該変化させた運転周波数に応じて前記速度指令値を更新する段階と、
を順次行うことを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１４】
前記速度指令値を決定する段階は、
前記速度指令値を該速度指令値の初期値から増加させる段階と、
前記圧縮機のピストンの速度と前記圧縮機に供給される電流との位相差の前記ピストンの速度の増加に対する変化を前記位相差曲線により比較する段階と、
該比較の結果、前記位相差曲線に位相差変曲点が発生すると、該位相差変曲点における前記圧縮機のピストンの速度を速度指令値として決定する段階と、
を順次行うことを特徴とする請求項13に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１５】
前記速度指令値に従って前記圧縮機を運転する段階は、
前記圧縮機のピストンの速度を検出する段階と、
該検出された速度と前記速度指令値とを比較する段階と、
該比較の結果、前記速度指令値が前記検出された速度よりも大きいと、前記圧縮機に印加する電圧を増加させる段階と、
を順次行うことを特徴とする請求項13に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１６】
前記比較の結果、前記速度指令値が前記検出された速度よりも小さいと、前記圧縮機に印加する入力電圧を減少させる段階を行うことを特徴とする請求項15に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１７】
前記速度指令を更新する段階は、
前記圧縮機の運転点が高効率領域に含まれるか否かを判定し、該判定の結果によって運転周波数を変化させる段階と、
前記変化させた運転周波数に従って前記速度指令値を更新する段階と、
を順次行うことを請求項13に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１８】
前記運転周波数を変化させる段階では、
前記速度と電流との位相差の高効率領域を検出して格納する段階を追加して行うことを特徴とする請求項17に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１９】
前記運転周波数を変化させる段階では、
前記速度と電流との位相差が所定値以上であるかあるいは所定値以下であるかを判断して、該位相差が所定値以下であると前記運転周波数を減少させ、所定値以上であると前記運転周波数を増加させることを特徴とする請求項17に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項２０】
前記所定値は、
前記圧縮機のピストンの速度と前記圧縮機に供給される電流との位相差に対する前記位相差曲線の変曲点を容易に検出し得るために設定される値であることを特徴とする請求項19に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項２１】
基準周波数で圧縮機を運転する段階と、
電源電圧と前記圧縮機に供給される電流との位相差と前記圧縮機のTDCとに基づいてTDCが0になる位相差曲線の位相差変曲点を求め、該位相差変曲点におけるTDCをTDC指令値とするようにTDC指令値を決定する段階と、
前記TDC指令値により前記圧縮機を運転する段階と、
負荷変動が発生した場合、前記圧縮機の運転周波数を変化させ、該変化させた運転周波数に従ってTDC指令値を更新させる段階と、
を順次行うことを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項２２】
前記TDC指令値を決定する段階では、
前記TDC指令値を該TDC指令値の初期値から増加させる段階と、
前記電源電圧と前記電流との位相差の前記ピストンのTDCの増加に対する変化を前記位相差曲線により比較する段階と、
該比較の結果、前記位相差曲線に位相差変曲点が発生すると、該位相差変曲点における前記圧縮機のピストンのTDCをTDC指令値として決定する段階と、
を順次行うことを特徴とする請求項21に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項２３】
前記TDC指令値により圧縮機を運転する段階は、
前記圧縮機のピストンのTDCを検出する段階と、
前記TDCと前記TDC指令値とを比較する段階と、
前記比較の結果、前記TDC指令値が前記TDCよりも大きいと、前記圧縮機に印加する電圧を増加させる段階と、
を順次行うことを特徴とする請求項21に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項２４】
前記比較の結果、前記TDC指令値が前記TDCよりも小さいと、前記圧縮機に印加する入力電圧を減少させる段階を行うことを特徴とする請求項23に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項２５】
前記TDC指令値を更新する段階では、
前記圧縮機の運転点が高効率領域に含まれるか否かを判定し、前記判定の結果によって運転周波数を変化させる段階と、
前記変化させた運転周波数に従って前記TDC指令値を更新する段階と、
を順次行うことを特徴とする請求項21に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項２６】
前記運転周波数を変化させる段階では、
前記電源電圧と電流との位相差の高効率領域を検出して格納する段階を追加して行うことを特徴とする請求項25に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項２７】
前記運転周波数を変化させる段階では、
前記電源電圧と電流との位相差が所定値以上であるかあるいは所定値以下であるかを判断して、前記位相差が所定値以下であると運転周波数を減少させ、所定値以上であると前記運転周波数を増加させることを特徴とする請求項25に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項２８】
前記所定値は、
前記圧縮機のピストンのTDCと前記圧縮機に供給される電流との位相差に対する前記位相差曲線の変曲点を容易に検出し得るために設定される値であることを特徴とする請求項27に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法に係るもので、詳しくは、運転周波数を可変させることによって圧縮機の運転効率を増加し得る、往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、往復動式圧縮機（以下、圧縮機と略称す）は、固定子コイルに正弦波電圧または方形波のパルス電圧を正負交互に供給し、圧縮機の可動子に直線的なストロークを反復して印加することによって、上記の可動子を往復運動させる駆動装置である。即ち、固定子コイルに直流電流が供給されると、固定子の鉄心が磁化されて可動子が吸引力によって移動し、その後、固定子の電流方向が変えられると、可動子の吸引力の作用方向が変わって可動子が反対方向に移動し、このように固定子の励磁電流方向が交互に変えられることによって、可動子の往復運動が行われる。
【０００３】
このような従来の往復動式圧縮機の運転制御装置は、図10に示したように、ストローク指令値によって圧縮機に印加される電圧を変えてピストンを上下方向に運動させて冷力（冷凍能力）を調節する圧縮機150と、ストロークの変化による圧縮機150に印加される電圧の変化を検出する電圧検出部130と、ストロークの変化による圧縮機150に供給される電流の変化を検出する電流検出部120と、上記の検出された電圧及び電流を利用してストロークを計算し、この計算されたストロークをストローク指令値と比較して制御信号を出力するマイクロコンピュータ140と、マイクロコンピュータ140の制御信号によって交流電源をトライアック（Triac）により断続させて圧縮機150に電圧を印加する電気回路部110と、から構成される。
【０００４】
以下、このように構成された従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の動作について説明する。
【０００５】
先ず、圧縮機150は、使用者により設定されたストローク指令値に従ってピストンが上下方向に運動し、その結果、ストロークが変化して冷力が調節される。
【０００６】
次いで、マイクロコンピュータ140の制御信号に従って電気回路部110のトライアックのオン期間を長くすることによってストロークが増加し、そのときに圧縮機150に印加される電圧及び電流が電圧検出部130及び電流検出部120により検出されて、マイクロコンピュータ140に出力される。
【０００７】
次いで、上記の検出された電圧及び電流からマイクロコンピュータ140によりストロークが計算され、この計算されたストロークはストローク指令値と比較されてその結果に対応する制御信号が出力される。即ち、マイクロコンピュータ140は、上記の計算されストロークがストローク指令値よりも小さいときは、トライアックのオン期間を長くさせる制御信号を出力することによって圧縮機150に印加される電圧を増加させる。一方、上記の計算されストロークがストローク指令値よりも大きいときは、トライアックのオン期間を短くさせる制御信号を出力することによって圧縮機150に印加される電圧を減少させるようになっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このように構成された従来の往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法においては、圧縮機が非常に非線形的な機構的運動特性を有するため、線形的な制御方法によっては精密な制御が不可能であるという不都合な点があった。
【０００９】
また、このような問題を解決するために、電流とストロークとの位相差が同じ様になるように制御して圧縮機の運転効率を向上させると、圧縮機を継続して運転する場合に、周辺環境の変化に伴う負荷変動によって圧縮機の運転効率が低下するという不都合な点があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、圧縮機の速度と圧縮機に供給される電流との位相差に基づいて、圧縮機の運転点が高効率領域で運転されるように上記の速度を制御し、負荷が変動すると、それに対応して運転周波数を可変にすることによって圧縮機の運転効率を増加し得る、往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、圧縮機に印加される電圧と電流との位相差に基づいて、圧縮機の運転点が高効率領域で運転されるように上死点（Top  Dead  Center；以下、TDCと略称する）を制御し、負荷が変動すると、それに対応して運転周波数を変化させることによって圧縮機の運転効率を増加し得る、往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、圧縮機に供給される電流と前記圧縮機のピストンの速度を検出する検出手段と、前記電流の位相と前記ピストンの速度の位相とを比較して位相差を出力する位相差比較手段と、前記位相差によって運転周波数を基準運転周波数から所定周波数単位で変化させて前記位相差が所定範囲になる時点における前記運転周波数を決定する運転周波数決定手段と、前記運転周波数決定手段から出力された運転周波数により速度指令値を決定する速度指令値決定手段と、前記速度指令値決定手段により決定された速度指令値と前記検出手段により検出された前記ピストンの速度とを比較し、該比較の結果に対応する制御信号を前記圧縮機に与えることにより、前記運転周波数決定手段により決定された運転周波数によって前記圧縮機の運転周波数を可変制御する制御手段と、を包含して構成されることを特徴とする。
【００１３】
そして、前記目的を達成するため、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法においては、基準周波数で圧縮機を運転する段階と、圧縮機のピストンの速度と該圧縮機に供給される電流との位相差に基づいて該位相差と前記速度との関係を表す位相差曲線の変曲点を求め、該変曲点における速度を速度指令値として決定する段階と、前記速度指令値に従って前記圧縮機を運転する段階と、負荷変動が発生すると、前記負荷変動に対応して前記圧縮機の運転周波数を変化させ、該変化させた運転周波数に応じて前記速度指令値を更新させる段階と、を順次行うことを特徴とする。
【００１４】
また、前記目的を達成するため、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法においては、基準周波数で圧縮機を運転する段階と、電源電圧と圧縮機に供給される電流との位相差と圧縮機のTDCに基づいて該位相差とTDCとの関係を表す位相差曲線の変曲点を求め、該変曲点におけるTDCをTDC指令値として決定する段階と、前記TDC指令値により前記圧縮機を運転する段階と、負荷変動が発生すると、前記圧縮機の運転周波数を変化させ、該変化させた運転周波数に従ってTDC指令値を更新させる段階と、を順次行うことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１６】
本発明に係る往復動式圧縮機（以下、圧縮機と略称す）の運転制御装置は、図１に示したように、圧縮機240に供給される電流及び電圧、圧縮機240の速度及び上死点（Top  Dead  Center；以下、TDCと略称する）をそれぞれ検出する検出手段250と、圧縮機240に印加される電流と電源電圧との位相差、または、圧縮機240の速度と圧縮機240に供給される電流との位相差を求める位相差比較手段260と、運転周波数を基準運転周波数から所定周波数単位に変化させて、上記位相差が所定範囲になる時点における運転周波数を決定する運転周波数決定手段270と、運転周波数決定手段270から出力される運転周波数によって圧縮機の速度指令値またはTDC指令値を決定する運転指令値決定手段210と、運転周波数決定手段270により決定された運転周波数を圧縮機240に与えるように、運転指令値決定手段210により決定された圧縮機速度指令値またはTDC指令値と前記検出手段250により検出されたそれらの値とを比較し、この比較結果に対応する制御信号を圧縮機240に与える制御手段220と、を包含して構成されることを特徴とする。
【００１７】
そして、上記の運転周波数決定手段270は、圧縮機240の負荷変動によって変化した機械的共振周波数に該当する値だけ運転周波数を補償する運転周波数決定部271と、圧縮機240が安定運転を行う位相差の高効率領域を実験により検出して格納される高効率領域格納部272と、上記の位相差の高効率領域に位相差比較手段260から出力された位相差が含まれるかどうかを判定するために上記の高効率領域の位相差と位相差比較手段260から出力される位相差とを比較する比較部273と、により構成される。
【００１８】
また、運転指令値決定手段210は、運転周波数決定部271から出力される運転周波数によって速度、TDCまたはストロークの指令値を決定する運転指令値決定部212と、実験によりそれぞれ求められた各運転周波数に該当する速度、TDC及びストロークがそれぞれ格納される格納部211と、により構成され、この運転指令値決定手段210は、それらの格納される速度、TDCあるいはストロークに従ってそれぞれ速度指令値決定手段、TDC指令値決定手段あるいはストローク指令値決定手段と区別して呼称することもできる。
【００１９】
また、制御手段220は、運転指令値決定手段（または、速度指令値決定手段若しくはTDC指令値決定手段）210から与えられた運転指令値（または、速度指令値若しくはTDC指令値）と検出手段250により検出された実際値とを比較する比較部221と、この比較結果に応じて圧縮機240に印加する電圧を変化させる入力電圧可変手段（未図示）と、運転周波数決定手段210から与えられる運転周波数に対応して圧縮機240の運転周波数を変化させる運転周波数可変手段（未図示）と、により構成される。
【００２０】
以下、このように構成された本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の動作について説明する。
【００２１】
先ず、検出手段250は、圧縮機240に供給される電流及び電圧、圧縮機240の速度及びTDCをそれぞれ検出する。
【００２２】
次に、位相差比較手段260は、圧縮機240の速度と圧縮機240に供給される電流との位相を比較してそれらの位相差を検出し、この位相差値を運転周波数決定手段270に与える。また、位相差比較手段260は、圧縮機240の速度と圧縮機240に供給される電流との位相差の他にも、電源電圧（220V／60Hz、220V／50Hz、110V／60Hz、110V／50Hz）と圧縮機240に供給される電流との位相差を検出することもできる。このとき、位相差比較手段260の出力の位相差が、比較部273での比較の結果、基準位相差（高効率領域の基準となる位相差）に等しい場合、圧縮機240に供給される電流と電圧との位相差は0度である。
【００２３】
このとき、高効率領域格納部272には、圧縮機240が機械的共振になるときの、圧縮機240に供給される電流と圧縮機240の速度との位相差、または、圧縮機240に供給される電流と電源電圧との位相差を、基準に±δ（所定値）以内になる領域が実験によって検出されて予め格納される。ここで、上記の所定値とは、圧縮機240の速度と圧縮機240に供給される電流との位相差に対する曲線の変曲点を検出しやすくするために実験により設定される値である。
【００２４】
次いで、比較部273は、運転周波数決定部271から圧縮機240の速度と圧縮機240に供給される電流との位相差の入力を受け、この位相差が高効率領域に含まれるかどうかを判定するために入力された位相差と高効率領域の基準となる位相差とを比較して、この比較結果に対応する信号を運転周波数決定部271に与える。
【００２５】
次いで、運転周波数決定部271は、圧縮機240の負荷変動が発生すると、圧縮機240の運転周波数をその基準運転周波数から所定周波数単位ずつ加減させることによって、圧縮機240の速度と圧縮機240に供給される電流との位相差と圧縮機240の速度との関係を示す位相差曲線の変曲点の位相差を高効率領域に包含させる。もし、上記の位相差曲線の変曲点の位相差が高効率領域に含まれると、その時点の周波数を運転周波数として決定して運転指令値決定部212に与え、これによって、運転指令値決定部212は、運転周波数決定部271から出力される運転周波数の入力を受けて、これに対応する運転指令値を決定すると共に、上記の運転周波数を制御手段220に出力する。即ち、実験によって各周波数別に圧縮機240の速度、または、TDCが予め格納部211に格納されることによって、運転周波数決定手段270から出力される運転周波数に該当する圧縮機240の速度またはTDCが格納部211から読み出されて運転指令値として決定される。
【００２６】
次いで、制御手段220は、運転指令値決定手段（または、速度指令値決定手段若しくはTDC指令値決定手段）210から出力される該当する指令値を受け、この指令値と検出手段250により検出された現在の圧縮機240の速度またはTDCとを比較して、この比較結果に対応する制御信号を圧縮機240に与えると共に、上記の運転周波数を可変にすることによって、圧縮機240を変更された運転周波数で運転させるように構成される。
【００２７】
以下、負荷の変動と圧縮機240の運転効率との関係について説明する。
【００２８】
図2は、圧縮機の高効率領域を示したグラフで、図示されたように、位相差比較手段260により求められた圧縮機240の速度と圧縮機240に供給される電流との位相差が90度の地点（圧縮機240に供給される電流と電圧との位相差が0度の地点）で、圧縮機240の機械的共振周波数は運転周波数と一致し、この時点における圧縮機240の運転効率は最大である。
【００２９】
また、負荷の変化に従う機械的共振周波数の変化は、図3に示したように、圧縮機240の速度及びTDCが一定である時、圧縮機240の負荷が増加すると、圧縮機240の運転点は“A”から“B”に移動して、機械的共振周波数は増加する。然し、負荷が減少すると、圧縮機240の運転点は“A”から“C”に移動して、機械的共振周波数は減少する。このように、圧縮機240の負荷変動によって機械的共振周波数が変動すると、圧縮機240が最大効率となる運転領域が変動する。
【００３０】
図4（a),（b）は、圧縮機の負荷の増加に従って運転周波数が増加する場合の圧縮機の速度と圧縮機に供給される電流との位相差の変曲点の移動を示したグラフで、図示されたように、高効率領域（図中に四角で囲んだ運転領域）で運転中の圧縮機240の負荷が図4（a）の負荷2から負荷1へのように増加すると、圧縮機240の運転点（変曲点）が高効率領域から外れるようになるが、このとき、運転周波数を図4（b）の周波数1から周波数2へのように一定量だけ増加させることにより、再び高効率領域に復帰するようになる。
【００３１】
以下、本発明に係る圧縮機の運転制御装置の速度制御方法について説明する。
【００３２】
先ず、検出手段250により圧縮機240の速度を検出し、この検出された速度を運転指令値決定部212により決定された速度指令値と比較して、その差値が補償されるように圧縮機240に印加される電圧を制御する。同時に、圧縮機240の速度と圧縮機240に供給される電流との位相差を求め、この位相差に基づいて位相差曲線に変曲点が発生するまで速度指令値を増加させることによって、圧縮機240の運転効率が最高の速度点を探索してそれを速度指令値として決定する。このように上記の速度指令値が決定されると、この速度指令値で圧縮機240を継続して運転させる。一方、圧縮機240に負荷変動が発生すると、圧縮機240の機械的共振周波数が変化して圧縮機240の運転点が高効率領域から外れるので、それを補償するために、上記の負荷変動分だけ運転周波数を変化させることによって、上記の運転点を高効率領域に復帰させる（通常、10〜60秒の周期）。
【００３３】
即ち、図5に示したように、圧縮機240は基準周波数で運転を開始し、検出手段250は圧縮機240の速度を検出して制御手段220に出力する（S601−S602）。
【００３４】
次いで、制御手段220は、運転指令値決定部212から与えられた速度指令値と上記の検出された圧縮機240の速度とを比較して、上記の検出された速度が速度指令値よりも大きい場合は入力電圧を減少させ、また、小さい場合は入力電圧を増加させることによって実際の速度が速度指令値に等しくなるように制御し、初期に設定された運転点が高効率領域から外れないように制御する（S603−S605）。ここで、圧縮機240の高効率領域は、TDCが0の地点（位相差が90度の地点）から±δ度（所定値）の範囲内の領域である。
【００３５】
このとき、圧縮機240の速度制御は、圧縮機240の速度が電源電圧の周波数に等しい周波数で変化し、従ってそれに相当する回数だけ（例えば、電源電圧が60Hzである場合は、秒当たり60回）ピストンが往復するように行われる。
【００３６】
このような速度制御方法を利用する本発明に係る圧縮機の運転制御装置の運転制御方法の第1実施形態について、図6及び図7に基づいて説明する。
【００３７】
先ず、運転指令値決定部212は速度指令値をその初期値から増加させ、また、位相差比較手段260は、圧縮機240の速度と圧縮機240に供給される電流との位相を比較してそれらの位相差を出力し、速度が位相差曲線の変曲点に対応する速度に達すると、その時点における圧縮機240の速度を運転指令値決定部212に与える。すると、運転指令値決定部212は、上記の変曲点に対応する速度を速度指令値として決定して制御手段220に出力して、図5に示したような速度制御を行って圧縮機240を高効率領域で運転させる（S701−S704）。
【００３８】
然し、周囲環境の変化によって圧縮機240に負荷変動が発生すると、圧縮機240の機械的共振周波数が増加または減少し、従って、位相差比較手段260は、圧縮機240の速度と圧縮機240に供給される電流との位相差に基づいて上記の負荷変動を検出し、この負荷変動に対応する位相差値を運転周波数決定部271に出力する。ここで、上記の負荷変動は、ストロークと圧縮機240に供給される電流との位相差が所定の高効率領域区間内に含まれるか否かによって検出されるか、または、圧縮機240のピストンの速度と圧縮機240に供給される電流との位相差が所定の高効率領域区間内に含まれるか否かによって検出されるか、若しくは、圧縮機240に印加される電圧と電流との位相差が所定の高効率領域区間内に含まれるか否かによって検出される（S705）。
【００３９】
運転周波数決定部271は、上記のように位相差比較手段260を介して補償するべき運転周波数を決定してそれを運転指令値決定部212に出力する。即ち、図4（a), (b）に示したように、位相差が高効率領域区間の上限位相差よりも大きいと運転周波数を増加させるが、もし、位相差が高効率領域区間の下限位相差よりも小さいと運転周波数を減少させる（S706−S708）。ここで、安定運転を行うための高効率領域は、実験により検出して格納部211に予め格納される。また運転指令値決定部212は、上記の運転周波数決定部から出力された運転周波数に該当する速度を格納部211から読み出して速度指令値を決定して制御手段220に出力する（S709）。
【００４０】
次いで、制御手段220は、圧縮機240に印加される入力電圧の周波数を調整すると共に、上記の速度指令値に該当する入力電圧の大きさを調整することによって、圧縮機240を高効率領域で継続して運転させる（S710）。
【００４１】
図7は、負荷の変動による運転周波数の増減を示したグラフで、図示されたように、圧縮機240が現在の運転点で所定速度で運転されるとき、負荷の変動が激しくないときは、圧縮機240の速度と電流との位相差が高効率領域内にあるので運転周波数を変えないが、もし、負荷が増加して上記位相差の運転点が高効率領域の上限よりも大きくなる（位相差＞90°＋δ）と、実線方向に運転周波数を上げる方向に移動させる。また、負荷が減少して運転点が高効率領域の下限よりも小さくなる（位相差＜90°−δ）と、点線方向に運転周波数を下げる方向に移動させることによって、負荷変動が発生しても圧縮機240の運転点が高効率領域内に位置するように運転周波数を変化させて、負荷変動に対する圧縮機240の運転効率を向上させることができる。
【００４２】
一方、本発明に係る圧縮機の運転制御装置のTDC制御方法に対し、図8に基づいて説明する。
【００４３】
先ず、検出手段250により圧縮機240のピストンのTDC並びに圧縮機240に供給される電流及び電源電圧をそれぞれ検出し、それらを運転指令値決定部212により決定されたTDC指令値と比較した後、その差値が補償されるように圧縮機240に印加される電圧を制御する。同時に、圧縮機240に供給される電流と電源電圧との位相差を求め、この位相差に基づいて位相差曲線に変曲点が発生するまでTDC指令値を増加させることによって、圧縮機240の運転効率が最高のTDCを探索してそれをTDC指令値として決定する。このように上記のTDC指令値が決定されると、このTDC指令値で前記圧縮機240を継続して運転させる。一方、圧縮機240に負荷変動が発生すると、圧縮機240の機械的共振周波数が変化し、圧縮機240の運転点が高効率領域から外れるので、それを補償するために、この負荷変動分だけ運転周波数を変化させて、上記の運転点を高効率領域に復帰させる。
【００４４】
即ち、図8に示したように、圧縮機240は予め設定された基準周波数で運転を開始し、検出手段250はTDCを検出して制御手段220に印加する（S901−S902）。
【００４５】
次いで、制御手段220は、運転指令値決定部212から与えられたTDC指令値を受け、検出されたTDCと上記のTDC指令値とを比較して、前記の検出されたTDCがTDC指令値よりも大きい場合は入力電圧を減少させ、また、小さい場合は入力電圧を増加させることによって、初期に設定された運転点が高効率領域から外れないように制御する（S903−S905）。ここで、圧縮機240の高効率領域は、前記の位相差が0度の地点に対し±δ度の範囲内の領域である。
【００４６】
このとき、圧縮機240のTDC制御は、圧縮機240の速度が電源電圧の周波数に等しい周波数で変化し、従ってそれに相当する回数だけピストンが往復するように行われ、圧縮機240の運転中にはTDCは継続的に運転周波数を変えることによって制御される。
【００４７】
以下、このようなTDC制御方法を利用した本発明に係る圧縮機の運転制御装置の運転制御方法の第2実施形態について、図9に基づいて説明する。
【００４８】
先ず、運転指令値決定部212はTDC指令値をその初期値から増加させ、また、位相差比較手段260は、圧縮機240に供給される電流と電源電圧との位相差を出力して前記の高効率領域と比較し、TDCが位相差曲線の変曲点に対応する値に達すると、その時点におけるTDCを運転指令値決定部212に出力する。すると、運転指令値決定部212は、上記のTDCをTDC指令値として決定して制御手段220に与え、図8に示したようなTDC制御を行って圧縮機240を高効率領域で運転させる（S1001−S1004）。
【００４９】
しかし、周囲環境の変化によって圧縮機240に負荷変動が発生すると、圧縮機240の機械的共振周波数が増加または減少するので、位相差比較手段260は、圧縮機240に供給される電流と電源電圧との位相差に基づいて上記の負荷変動を検出し、この負荷変動に対応する位相差値を運転周波数決定部271に出力する（S1005）。即ち、図4（a), (b）に示したように、位相差が高効率領域区間の上限位相差よりも大きいと運転周波数を増加させるが、もし、位相差が高効率領域区間の下限位相差よりも小さいと運転周波数を減少させる（S1006−S1008）。ここで、安定運転を行うための高効率領域は、実験により検出して格納部211に予め格納され、また、運転指令値決定部212は上記の運転周波数決定部から出力された運転周波数に該当するTDCを格納部211から読み出してTDC指令値として決定して制御手段220に出力する。
【００５０】
次いで、制御手段220は、圧縮機240に印加される入力電圧の周波数を調整すると共に、上記のTDC指令値に該当する入力電圧を調整して、圧縮機240を高効率領域で継続して運転させる（S1009−S1010）。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法においては、圧縮機の速度と電流との位相差に基づいて、圧縮機の運転点が高効率領域で運転されるように上記の速度を制御し、負荷が変動すると、それに対応して運転周波数を可変にすることによって圧縮機の運転効率を増加し得るという効果がある。
【００５２】
また、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法においては、圧縮機に印加される電圧と電流との位相差に基づいて、圧縮機の運転点が高効率領域で運転されるようにTDCを制御し、負荷が変動すると、それに対応して運転周波数を可変にすることによって圧縮機の運転効率を増加し得る、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図である。
【図２】図1の圧縮機の高効率領域を示したグラフである。
【図３】本発明に係る負荷の変化による機械的共振周波数の変化を示したグラフである。
【図４】（a)は、負荷の増加による圧縮機の運転点の変化を示したグラフであり、（b）は、負荷の変化に対応して運転周波数を変化させた場合の圧縮機の運転点の変化を示したグラフである。
【図５】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の速度制御方法を示したフローチャートである。
【図６】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の運転制御方法の第1実施形態を示したフローチャートである。
【図７】本発明に係る負荷の変動による運転周波数の増減を示したグラフである。
【図８】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の上死点（TOP  DEAD  CENTER）の制御方法を示したフローチャートである。
【図９】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の運転制御方法の第2実施形態を示したフローチャートである。
【図１０】従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
210…運転指令値決定手段
211…格納部
212…運転指令値決定部
220…制御手段
221…比較部
222…制御部
240…圧縮機
250…検出手段
260…位相差比較手段
270…運転周波数決定手段
271…運転周波数決定部
272…高効率領域格納部
273…比較部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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