容积式制冷压缩机的容量调节PPT课件
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第六章 容积式制冷压缩机的容量调节
College of Power Engineering
第一节 概述
College of Power Engineering
1. 容量调节的目的
• 保证用户处的目标温度可以始终稳定在预期的范围内
一般来讲，为了在最恶劣的情况下能满足用户的需求，制冷空调设备的能力 都大于用户处的负荷，如果缺乏调节能力，用户处的温度会一直下降，直至 在低于目标温度的某个温度下达到制冷量和负荷的平衡。
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2.内部并联压缩机
• 调节形式：两台并联运行的涡旋式压缩机共用一个机壳。 一个机壳中装两台输气量不同的立式涡旋压缩机，其中一台为变频压缩机，由变频器驱动。另一台为普通 压缩机，直接由电网供电。它们可彼此独立运行，也可并联运行。（课本 图6-11 ）
2.变频调节
➢ 具有节能、舒适、启动快速、温 控精度高和易于实现自动化等优 点。
➢ 启动时压缩机高速运转，快速接 近暖房设定温度。当室内温度趋 向适合温度时，压缩机低速运转 ，可减少开停次数，并使室温变 化很小，达到既节能又舒适的目 的。
➢ 包括交流变频器调速和直流变频 器调速。
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3.旁通调节
• 原理
• 使吸、排气腔连通，压缩机排气直接返回吸气腔，实现输气量 调节。
• 方式
• 内部旁通 • 外部旁通
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正常运转
活塞向右
电磁阀关闭 止回阀打开
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交流变频器调速
感应电动机的转速n与交流电输入频率的关系为:
n 60 f (1 s) P
式中f 为交流电输入频率；s 为电动机转差率；P 为电动机极对数。
假定s为常量，改变交流电的频率就可以改变电动机转速，压缩机的输气量与电动 机的转速成正比，若交流电频率连续变化，则转速连续变化，从而实现了输气量 的连续调节、达到了制冷量连续调节的目的。该方法空调工作功率的变化呈阶梯 性变化，一般只分为几档。
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无刷直流电动机
➢ 无刷直流电动机由直流电源供电，在结构上没有电刷和换向器，其绕 组里的电流变化（通、断和方向）是通过电子换向器（控制器）实现的 ，电流以方波形式变化。 ➢ 永磁无刷直流电动机的电动机转子采用稀土永磁材料制成，其结构形 式与无刷直流电动机一样，但其绕组电流按正弦规律变化。
Chongqing University
旁通调节输气量时
活塞左移
电磁阀开启 止回阀关闭
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Chongqing University
滑阀调节
➢ 滑阀调节
螺杆制冷压缩机常用滑阀调节能量，即在两个转子高压侧，装 上一个能够轴向移动的滑阀，来调节能量和卸载启动。 原理：利用滑阀在螺杆轴向移动，改变螺杆转子的有效工作长 度，使能量在100％和l0％之间连续无级调节，达到输气量调节 的目的。
➢ 压缩机振动随转速变化加剧
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第四节 改变工作容积调节
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1、多机并联调节
➢ 多机并联调节原理 当需要的制冷量（或制热量）变化范围较大时，采用多台压缩机并联进
行制冷量调节是比较高效、经济的调节方式，并且可以减少单台压缩机 的停机次数，延长压缩机的寿命；
△h 受制冷循环设计的制约，一般不随意改变，一般改变质量流量的大小。
1 V s 为 压 缩 机 吸 气 口 处 制 冷 机 的 比 体 积 ； V p 压 缩 机 一 转 的 工 作 容 积
q nV m
pvT l p
vs
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第二节 吸气节流调节
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1. 压缩机的间歇运行
• 实质：将压缩机在运行时产生的制冷量与被冷却空间在全部时间内所需制冷量平衡（即压缩机在一个开、停周 期内的平均输气量(制冷量)和室内负荷相适应。
• 适用范围：功率小于10kw的小型制冷设备，如冰箱、房间空调器等。
College of Power Engineering
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吸气节流调节
• 根据用户处的负荷不断改变吸气比体积，可使制冷量随负荷变化而变化，从而达到制冷调节的目的。 • 在实际应用中往往是通过节流的方式改变压缩机的吸气压力来间接改变压缩机的吸气比体积，这也是称其为
吸气节流调节的原因所在。 • 吸气节流属于压缩机外部控制调节，压缩机自身结构与设计不需做任何变化。
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滑阀工作原理
部分负荷(滑阀开)
滑阀
转子
排气
吸气
此时转子在滑阀固定端部分长度失去了有效工作能力，螺杆转子有效工作 长度减少（其值为滑阀固定端长度加上滑阀轴向移动的距离,起到调节输气量 作用；
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滑阀调节的过程
当滑阀向排出端移动，制冷量随排量的减少而连续降低，能量可进行无 级调节。当旁通口接近排气孔口时，螺杆工作长度接近于零，可实现卸载启 动。
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滑阀调节的特点
旁通口一开启，理论输气量有突降（实线 ），它包括固定端在内的转子有效长度缩短 。但在实际运行中输气量是平稳减少的（虚 线） 。
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4. 直流变频器调速
➢ 采用直流变频器将50Hz或60Hz固定频率的交流电转变成直流电，对直流电动机进 行调速，省却了交流变频器又将直流变成交流的麻烦，使电器元件减少；
➢ 直流变频呈线性平滑的变化，空调工作时可在功率范围内任意递增或递减，空调 功率可随温度出现精确变化，故更省电；
采用变频调节的热泵空调机运行特性
3.交流变频器调速
▪ 变频器是使交流电频率发生连续变化的装置。它首先通过整流器将交流电 转换为直流电，然后再通过逆变器将直流电经控制电路转换成频率可变的交 流电； ▪ 变频器有电流源型和电压源型，又根据控制电路调制方式分为脉宽调制方 式（PWM方式）和脉幅调制方式(PAM方式），当前空调器用制冷压缩机的 电动机变频器多采用电压源型PWM方式。
滑阀调节输气量几乎可在10%-100%范 围内连续进行，调节过程中，功率与输气量 在50％以上负荷运行时几乎成正比关系， 但在50％以下，性能系数会大幅下降，经 济性较差。
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滑阀调节的控制
滑阀轴向移动的动作是根据吸气压力和温度，通过液压传动机构完成的； 滑阀同液压缸的活塞连成一体，由液压泵供油推动液压活塞带动滑阀沿轴向左 右移动，供油过程控制元件是四通电磁阀。
• 柱塞阀调节输气量只能实现有级调节，图中调 节负荷仅有75％和50%两档，此调节方法常用 于中小型螺杆式压缩机。
采用滑阀或塞柱阀除可调节输气量外，还具有卸载启动功能，使压缩机在空载 或低负荷时启动，改善了启动条件。
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内容积比调节
➢ 调节原因
螺杆压缩机压缩终了压力Pcyd往往不等于排气管道压力Pdk ，带来等容压缩和等容膨胀 的额外功耗，有必要进行内容积比调节来实现Pcyd等于Pdk，以适应螺杆式压缩机在不
➢ 直流变频压缩机的电动机转子采用稀土永磁材料制成（永磁无刷直流电动机）， 定子产生旋转磁场与转子永磁磁场直接作用，实现压缩机运转，可通过改变供给 电机的直流电压来改变电机转速（调整电枢电压法），为得到可调整的直流电源 ，广泛采用脉宽调制系统（PWM系统）。
➢ 直流变频压缩机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，克服了交流变频压 缩机的电磁噪音与转子损耗，具有比交流变频压缩机效率高与噪音低特点，直流 变频压缩机效率比交流变频压缩机高10-30%，噪音低5～10 dB 。
多机并联运行按制冷量大小的需要，可以只运行一台，也可以多台全部
同时运行。
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1、多机并联调节
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1、多机并联调节 • 压缩机的润滑油控制 压缩机系统回油影响因素： • 系统设计，即系统布置与管路设计； • 化学因素，即润滑油和制冷剂的混合物性质； 并联压缩机系统回油方式： • 在两台压缩机壳体间连接均油管和均压管； • 在压缩机排气管上设置油分离器；
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滑阀工作原理
满负荷(滑阀关)滑阀Biblioteka 转子排气吸气
滑阀未移动时，基元容积100%地吸入制冷剂气体，并经压缩后排 出，称为全负荷工作状态；
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滑阀工作原理
滑阀
转子
吸气
只要滑阀稍微向轴向排气端移动一下，就出现旁通口开启，只排出了 基元容积Vp的制冷剂气体，而其余气体未经压缩就通过旁通口流入压缩 机吸气侧；
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2. 容量调节的要求
• 调节机构简单可靠 • 附带影响小 • 最好只有一个调节参数，即不需要同时改变几个参数才能改变压缩机的制冷量
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3. 容积调节的基本原理
• 压缩机制冷量
0 q m h
5. 变频调节给压缩机带来的问题 ➢ 压缩机高速运转时：
▪ 运动部件的磨损增加； ▪ 气体流经排气阀的流动损失增加，并导致排气阀片产生延
迟关闭，阀片寿命降低； ▪ 润滑油循环率随转速增加而增加； ▪ 各种杂质随润滑油进入运动部件间隙中，引起部件损伤； ▪ 噪声增加。
➢ 压缩机低速运转时：导致泄漏量增加
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滑阀照片
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柱塞调节 ➢ 塞柱阀调节
• 当制冷量减少的，塞柱阀下落，基元容积内一 部分制冷剂气体就旁通到吸气口。输气量继续 减少，塞柱阀2再下落；
• 塞柱阀升降是通过电磁阀控制液压泵中油的进 出来实现的；
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交流变频器的工作过程
▪ 温度传感器测出房间温度及换热器 温度送入微机，经运算后将信息送入 数字信号控制电路进行波形成型处理 ，然后送入逆变器，将由整流器送来 的直流电转换为频率可变的交流电， 去驱动感应电动机。 ▪ 当传感器测出的冷房温度大于设定 温度，则经微机运算再通过数控电路 ，使逆变器输出的交流电频率升高， 电动机转速增加，制冷量增大，冷房 温度降低至设定值，完成能量调节。
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无刷直流电动机的工作原理
电枢静止，磁极旋转，且 磁极为永久磁铁。电枢绕 组中电流的换向是 借助 于转子位置传感器和电子 开关线路来实现的。因此， 无刷直流电动机一般都是 由电动机、位置传感器和 电子开关线路三部分组成。
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• 为了减少能量消耗，提高能量利用率
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2. 容量调节的要求
• 基本要求 压缩机的制冷量随着调节参数的变化而变化，最好是连续变化，即无级调节。
• 压缩机制冷量随调节参数的变化有适当的灵敏度。 • 调节过程能量损失小。
制冷机和制冷设备的能效不因调节而降低； 调节系统和调节过程本身消耗能量小；
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第三节 变速调节
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1. 压缩机的间歇运行
• 原理：当室温降到规定温度的下限时，通过温度继电器或低压压力继电器， 使压缩机停止运行，室内温度开始回升，当温度升高到超过规定温度的 上限值时，上述控制器件又将压缩机的电路接通，压缩机重新启动运行 （双位控制）。
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第一节 概述
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1. 容量调节的目的
• 保证用户处的目标温度可以始终稳定在预期的范围内
一般来讲，为了在最恶劣的情况下能满足用户的需求，制冷空调设备的能力 都大于用户处的负荷，如果缺乏调节能力，用户处的温度会一直下降，直至 在低于目标温度的某个温度下达到制冷量和负荷的平衡。
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2.内部并联压缩机
• 调节形式：两台并联运行的涡旋式压缩机共用一个机壳。 一个机壳中装两台输气量不同的立式涡旋压缩机，其中一台为变频压缩机，由变频器驱动。另一台为普通 压缩机，直接由电网供电。它们可彼此独立运行，也可并联运行。（课本 图6-11 ）
2.变频调节
➢ 具有节能、舒适、启动快速、温 控精度高和易于实现自动化等优 点。
➢ 启动时压缩机高速运转，快速接 近暖房设定温度。当室内温度趋 向适合温度时，压缩机低速运转 ，可减少开停次数，并使室温变 化很小，达到既节能又舒适的目 的。
➢ 包括交流变频器调速和直流变频 器调速。
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3.旁通调节
• 原理
• 使吸、排气腔连通，压缩机排气直接返回吸气腔，实现输气量 调节。
• 方式
• 内部旁通 • 外部旁通
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正常运转
活塞向右
电磁阀关闭 止回阀打开
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交流变频器调速
感应电动机的转速n与交流电输入频率的关系为:
n 60 f (1 s) P
式中f 为交流电输入频率；s 为电动机转差率；P 为电动机极对数。
假定s为常量，改变交流电的频率就可以改变电动机转速，压缩机的输气量与电动 机的转速成正比，若交流电频率连续变化，则转速连续变化，从而实现了输气量 的连续调节、达到了制冷量连续调节的目的。该方法空调工作功率的变化呈阶梯 性变化，一般只分为几档。
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无刷直流电动机
➢ 无刷直流电动机由直流电源供电，在结构上没有电刷和换向器，其绕 组里的电流变化（通、断和方向）是通过电子换向器（控制器）实现的 ，电流以方波形式变化。 ➢ 永磁无刷直流电动机的电动机转子采用稀土永磁材料制成，其结构形 式与无刷直流电动机一样，但其绕组电流按正弦规律变化。
Chongqing University
旁通调节输气量时
活塞左移
电磁阀开启 止回阀关闭
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滑阀调节
➢ 滑阀调节
螺杆制冷压缩机常用滑阀调节能量，即在两个转子高压侧，装 上一个能够轴向移动的滑阀，来调节能量和卸载启动。 原理：利用滑阀在螺杆轴向移动，改变螺杆转子的有效工作长 度，使能量在100％和l0％之间连续无级调节，达到输气量调节 的目的。
➢ 压缩机振动随转速变化加剧
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第四节 改变工作容积调节
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1、多机并联调节
➢ 多机并联调节原理 当需要的制冷量（或制热量）变化范围较大时，采用多台压缩机并联进
行制冷量调节是比较高效、经济的调节方式，并且可以减少单台压缩机 的停机次数，延长压缩机的寿命；
△h 受制冷循环设计的制约，一般不随意改变，一般改变质量流量的大小。
1 V s 为 压 缩 机 吸 气 口 处 制 冷 机 的 比 体 积 ； V p 压 缩 机 一 转 的 工 作 容 积
q nV m
pvT l p
vs
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第二节 吸气节流调节
College of Power Engineering
1. 压缩机的间歇运行
• 实质：将压缩机在运行时产生的制冷量与被冷却空间在全部时间内所需制冷量平衡（即压缩机在一个开、停周 期内的平均输气量(制冷量)和室内负荷相适应。
• 适用范围：功率小于10kw的小型制冷设备，如冰箱、房间空调器等。
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吸气节流调节
• 根据用户处的负荷不断改变吸气比体积，可使制冷量随负荷变化而变化，从而达到制冷调节的目的。 • 在实际应用中往往是通过节流的方式改变压缩机的吸气压力来间接改变压缩机的吸气比体积，这也是称其为
吸气节流调节的原因所在。 • 吸气节流属于压缩机外部控制调节，压缩机自身结构与设计不需做任何变化。
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滑阀工作原理
部分负荷(滑阀开)
滑阀
转子
排气
吸气
此时转子在滑阀固定端部分长度失去了有效工作能力，螺杆转子有效工作 长度减少（其值为滑阀固定端长度加上滑阀轴向移动的距离,起到调节输气量 作用；
College of Power Engineering
滑阀调节的过程
当滑阀向排出端移动，制冷量随排量的减少而连续降低，能量可进行无 级调节。当旁通口接近排气孔口时，螺杆工作长度接近于零，可实现卸载启 动。
College of Power Engineering
滑阀调节的特点
旁通口一开启，理论输气量有突降（实线 ），它包括固定端在内的转子有效长度缩短 。但在实际运行中输气量是平稳减少的（虚 线） 。
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4. 直流变频器调速
➢ 采用直流变频器将50Hz或60Hz固定频率的交流电转变成直流电，对直流电动机进 行调速，省却了交流变频器又将直流变成交流的麻烦，使电器元件减少；
➢ 直流变频呈线性平滑的变化，空调工作时可在功率范围内任意递增或递减，空调 功率可随温度出现精确变化，故更省电；
采用变频调节的热泵空调机运行特性
3.交流变频器调速
▪ 变频器是使交流电频率发生连续变化的装置。它首先通过整流器将交流电 转换为直流电，然后再通过逆变器将直流电经控制电路转换成频率可变的交 流电； ▪ 变频器有电流源型和电压源型，又根据控制电路调制方式分为脉宽调制方 式（PWM方式）和脉幅调制方式(PAM方式），当前空调器用制冷压缩机的 电动机变频器多采用电压源型PWM方式。
滑阀调节输气量几乎可在10%-100%范 围内连续进行，调节过程中，功率与输气量 在50％以上负荷运行时几乎成正比关系， 但在50％以下，性能系数会大幅下降，经 济性较差。
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滑阀调节的控制
滑阀轴向移动的动作是根据吸气压力和温度，通过液压传动机构完成的； 滑阀同液压缸的活塞连成一体，由液压泵供油推动液压活塞带动滑阀沿轴向左 右移动，供油过程控制元件是四通电磁阀。
• 柱塞阀调节输气量只能实现有级调节，图中调 节负荷仅有75％和50%两档，此调节方法常用 于中小型螺杆式压缩机。
采用滑阀或塞柱阀除可调节输气量外，还具有卸载启动功能，使压缩机在空载 或低负荷时启动，改善了启动条件。
College of Power Engineering
内容积比调节
➢ 调节原因
螺杆压缩机压缩终了压力Pcyd往往不等于排气管道压力Pdk ，带来等容压缩和等容膨胀 的额外功耗，有必要进行内容积比调节来实现Pcyd等于Pdk，以适应螺杆式压缩机在不
➢ 直流变频压缩机的电动机转子采用稀土永磁材料制成（永磁无刷直流电动机）， 定子产生旋转磁场与转子永磁磁场直接作用，实现压缩机运转，可通过改变供给 电机的直流电压来改变电机转速（调整电枢电压法），为得到可调整的直流电源 ，广泛采用脉宽调制系统（PWM系统）。
➢ 直流变频压缩机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，克服了交流变频压 缩机的电磁噪音与转子损耗，具有比交流变频压缩机效率高与噪音低特点，直流 变频压缩机效率比交流变频压缩机高10-30%，噪音低5～10 dB 。
多机并联运行按制冷量大小的需要，可以只运行一台，也可以多台全部
同时运行。
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1、多机并联调节
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1、多机并联调节 • 压缩机的润滑油控制 压缩机系统回油影响因素： • 系统设计，即系统布置与管路设计； • 化学因素，即润滑油和制冷剂的混合物性质； 并联压缩机系统回油方式： • 在两台压缩机壳体间连接均油管和均压管； • 在压缩机排气管上设置油分离器；
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滑阀工作原理
满负荷(滑阀关)滑阀Biblioteka 转子排气吸气
滑阀未移动时，基元容积100%地吸入制冷剂气体，并经压缩后排 出，称为全负荷工作状态；
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滑阀工作原理
滑阀
转子
吸气
只要滑阀稍微向轴向排气端移动一下，就出现旁通口开启，只排出了 基元容积Vp的制冷剂气体，而其余气体未经压缩就通过旁通口流入压缩 机吸气侧；
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2. 容量调节的要求
• 调节机构简单可靠 • 附带影响小 • 最好只有一个调节参数，即不需要同时改变几个参数才能改变压缩机的制冷量
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3. 容积调节的基本原理
• 压缩机制冷量
0 q m h
5. 变频调节给压缩机带来的问题 ➢ 压缩机高速运转时：
▪ 运动部件的磨损增加； ▪ 气体流经排气阀的流动损失增加，并导致排气阀片产生延
迟关闭，阀片寿命降低； ▪ 润滑油循环率随转速增加而增加； ▪ 各种杂质随润滑油进入运动部件间隙中，引起部件损伤； ▪ 噪声增加。
➢ 压缩机低速运转时：导致泄漏量增加
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滑阀照片
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柱塞调节 ➢ 塞柱阀调节
• 当制冷量减少的，塞柱阀下落，基元容积内一 部分制冷剂气体就旁通到吸气口。输气量继续 减少，塞柱阀2再下落；
• 塞柱阀升降是通过电磁阀控制液压泵中油的进 出来实现的；
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交流变频器的工作过程
▪ 温度传感器测出房间温度及换热器 温度送入微机，经运算后将信息送入 数字信号控制电路进行波形成型处理 ，然后送入逆变器，将由整流器送来 的直流电转换为频率可变的交流电， 去驱动感应电动机。 ▪ 当传感器测出的冷房温度大于设定 温度，则经微机运算再通过数控电路 ，使逆变器输出的交流电频率升高， 电动机转速增加，制冷量增大，冷房 温度降低至设定值，完成能量调节。
College of Power Engineering
无刷直流电动机的工作原理
电枢静止，磁极旋转，且 磁极为永久磁铁。电枢绕 组中电流的换向是 借助 于转子位置传感器和电子 开关线路来实现的。因此， 无刷直流电动机一般都是 由电动机、位置传感器和 电子开关线路三部分组成。
College of Power Engineering
• 为了减少能量消耗，提高能量利用率
College of Power Engineering
2. 容量调节的要求
• 基本要求 压缩机的制冷量随着调节参数的变化而变化，最好是连续变化，即无级调节。
• 压缩机制冷量随调节参数的变化有适当的灵敏度。 • 调节过程能量损失小。
制冷机和制冷设备的能效不因调节而降低； 调节系统和调节过程本身消耗能量小；
College of Power Engineering
第三节 变速调节
College of Power Engineering
1. 压缩机的间歇运行
• 原理：当室温降到规定温度的下限时，通过温度继电器或低压压力继电器， 使压缩机停止运行，室内温度开始回升，当温度升高到超过规定温度的 上限值时，上述控制器件又将压缩机的电路接通，压缩机重新启动运行 （双位控制）。