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油冷機電子膨脹閥在製冷係統的應用
  發布日期:2013-6-25 10:47:03 訪問量:1955

油冷機中電子膨脹閥的應用說明

 

電子膨脹閥在製冷係統中的應用 電子膨脹閥作為電子控製元件,因其精度高,動作快速、準確、節能效果明顯等優點,並與其它智能控製方法相結合,在製冷係統中的運用,以實現係統的優化控製,在製冷空調中有廣闊的應用前景。

隨著電子及微機控製技術的飛速發展,計算機也得到了快速發展,計算及控製技術在製冷空調行業中得以滲透,一些適用於製冷係統微機控製的執行部件也得以開發,電子膨脹閥便是在這樣一個大背景下開發出來的。電子膨脹閥具有許多的優點,特別是它能與其它智能控製方法相結合,具有可以實現係統的優化控製,節能效果明顯。因此迅速得以推廣和發展。

對於電子膨脹閥的研究早在70年代末期日本就已經開始對其進行研究,當時它是靠施加不同的電壓(0~12V)對雙金屬片加熱量的不同,造成雙金屬片膨脹不同而帶動閥針的升降。這種膨脹閥有較大的缺陷,後來已不大使用。除日本外其它國家在80年代也進行了電子膨脹閥的研究和開發工作,其主要針對電磁式和電動式(步進電機驅動)電子膨脹閥。電磁式膨脹閥在電磁線圈通電前,閥針處於開的位置,閥針的開度取決於線圈上施加的控製電壓,從而調節膨脹閥的流量。該閥動作響應快,但在製冷係統中工作時一直需要供電。電動膨脹閥是一種以步進電機驅動的電子膨脹閥,它通過給步進電機施加一定邏輯關係的數字信號,使步進電機通過螺紋驅動閥針的向前或向後運動,從而改變閥口的流量麵積來達到控製流量的目的。這種電子膨脹閥又可分為直動型和減速型兩種。直動型是步進電機直接帶動閥針,減速型是步進電機將動力通過減速齒輪組來推動閥針的動作。通過減速齒輪組可以產生較大的推力,所以目前許多步進電機驅動的電子膨脹閥都是采用的這一種驅動方式。電子膨脹閥的形式有多種,但都需要有電信號來控製,為在製冷循環中實施現代微機控製提供了可能。同時因係統、控製方法不同,每種形式的電子膨脹閥都有自己的優勢。但步進電機驅動的電子膨脹閥因其更適用微機控製、並有較好的穩定性,而為更多的製冷係統所采用。

由於電子膨脹閥采樣速度快、精度高等特點,易於實現先進的控製以達到舒適、節能等控製目標,因而在中小型製冷設備中應用越來越廣泛;特別是在家用空調係統中的應用。因家用空調在製熱工況下室外蒸發器常常會結霜,而傳統的化霜是將四通閥換向,采用逆循環除霜,除霜時間約為11分鍾,室內溫度波動較大;而電子膨脹閥在除霜期間閥口置全開的位置,並配以室內風機開關占空比為0.5,室外風機全關控製,除霜時室內溫度波動小,除霜時間減少到以前的一半,且室內換熱器的送風溫度也不會降得太多,從而節約了除霜能耗及提高了室內的舒適度。

采用電子膨脹閥來控製壓縮機排氣溫度,可以防止因排氣溫度的升高對係統性能產生的不利影響,同時可省去專設的安全保護器,節約成本,提高工作效率。采用電子膨脹閥的製冷係統,停機時令膨脹閥全關,防止冷凝器的高溫液體流入蒸發器,造成再次啟動時的能量損失;而在開機前,將膨脹閥全開,使係統高低壓側平衡,然後開機,這樣既實現了壓縮機的輕載啟動,又減少了壓縮機啟、停造成的熱損失,節省電費約6%左右。

在研究製冷係統的電子膨脹閥控製係統中,缺少控製器時電子膨脹閥的作用隻能相當於毛細管,而電子膨脹閥作為產品出廠時常常沒有控製器,在實際應用中控製效果並不好。所以電子膨脹閥的流量調節特性與製冷係統的動態特性之間的協調和耦合,需要選用合適的控製方法來協調,方能實現控製目標。

製冷空調中最常用的是傳統PID控製方式。常規PID控製方式的特點是調節方式簡單,穩定性好,可靠性高。但若其三個調節參數:比例係數Kp、微分時間常數Td、積分時間常數Ti選擇不當,易使控製係統發生振蕩。文中研究了不同調節參數對製冷係統啟動特性的影響,其實驗表明,若采用不合適參數,製冷機啟動後仍會處於振蕩狀態。通過大量的實驗和理論研究表明,製冷係統是一個變量之間相互耦合、影響因素多、工況多變化的大慣性非線性係統。針對這些情況,各公司研究開發出許多新型的智能化控製方法來彌補常規PID控製的缺陷,提高變負荷情況下係統參數的可控性。如:日立公司提出在壓縮機轉速變化過度階段將電子膨脹閥的PID控製中斷,當熱負荷降低時,過熱度若減小到零後根據時間以線性外推法引入一個負的假想的過熱度予以控製。開利公司提出,PID調節器不僅是蒸發器實際過熱度和目標過熱度的函數,而且還是實際過熱度變化率的函數,電子膨脹閥開度以三者關係確定調節規律。還有若幹對PID控製方法進行修正的控製方法,比如極點配置PID調節、目標函數在線優化PID調節、模型參考自適應模糊PID調節。隨著自動化技術及現代控製理論的發展,自適應控製理論、模糊控製及神經網絡理論等已越來越多地應用到製冷空調領域。

在各種新引進的控製算法中,模糊控製和神經網絡控製理論以其特有的人工智能推理邏輯吸引了越來越多的學者對其進行了深入地研究並引入到製冷空調領域,成為了近期研究和應用的一個方麵。與神經網絡同屬人工智能控製理論的模糊理論,就是模仿人的思維方式和人的控製經驗來實現智能控製的一種理論。相對模糊理論,神經網絡控製理論的引入較晚。但它在製冷空調中具有廣闊的應用前景。神經網絡控製是模仿人腦神經的特點,通過“學習”、“記憶”、“判斷”、“聯想“等進行信息處理,能有效地提高了控製係統控製決策的正確性、係統控製的快速性、穩定性和容錯性,並具有較強的自學習、自校正、自診斷功能,是目前發展較快的現代控製係統之一。

電子膨脹閥如何才能找到與被控對象特性相符合的控製方法,由於製冷空調係統具有複雜性、時變性和高度非線性的特點,而傳統的PID方法也很難達到現代控製品質的要求。所以近年來,以人工神經網絡為代表的現代人工智能技術在製冷空調行業中得到初步應用。采用現代人工智能技術來研究傳統理論以解決的實際問題,並與作為現代控製元件代表的電子膨脹閥相結合,已得到較好的實際效果。而現在智能模糊控製技術的應用在製冷係統中必然是很有發展前途。

電子膨脹閥的結構和動作

在大金機組VRV係統中,將EBN型線性控製閥作為過熱度控製或過冷卻度控製的電子膨脹閥作用。在閥中,事業單相勵磁驅動脈衝馬達。接受2000PLS的信號時,將全開。齒輪的行程從全開到全閉為07mm。電子膨脹閥驅動部分的內部結構如下圖所示,齒輪比為1/30

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