制冷自动控制的内容

制冷自动控制的内容

制冷装置的自动控制系统，可以对制冷系统参数如压力、温度、湿度、流量、液位、空气成分等自动检测和调节，还可以对制冷机器和设备进行保护，以避免发生事故。系统中的控制可采用双位比例(P)、比例积分(PI)或比例积分微分(PID)控制器等。制冷装置的自动控制系统一般采用负反馈调节系统，为了提高控制精度，还可以采用串级、前馈等调节系统。

(一)制冷系统的参数控制技术

制冷系统的工作参数调节主要指对系统的制冷剂流量、冷室温度、制冷剂工作压力等的调节。下面以某制冷系统为例分析其基本参数的控制技术。

1.冷室温度控制

冷藏库或制冷橱柜中的温度控制是制冷自动控制系统的基本控制。对于采用单一蒸发器的制冷装置，其冷室温度调节的最普遍方法是利用双位温度控制器直接控制压缩机的开停。对于一台压缩冷凝机组连接到两个或者多个蒸发器的组合制冷系统(见图1)，每个冷室分别设置温度控制器(KP61)控制供液电磁阀(EVR)。当一个冷室的温度达到所控制温度的下限时，该冷室的温度控制器动作，关闭其蒸发器的供液电磁阀，使制冷剂停止向该蒸发器供液。当所有的冷室温度都达到下限值时，所有的电磁阀关闭。这时压缩机的吸气压力降低，当压力达到高低压压力控制器(KPl5)低压部分的断开压力时，低压控制器控制压缩机的停机。当任一冷室的温度回升到设定的上限值时，其温度控制器打开该冷室蒸发器的供液电磁阀，吸气压力也将随之升高，当其压力达到低压压力控制器的接通压力值时，压力控制器控制压缩机重新启动，系统开始运转。

图1制冷系统原理

图2所示为双位控制器控制冷室温度的原理，一般的食品储藏及舒适性空调系统的温度允许在一定范围内变化，因此，采用双位控制法控制冷室温度即可满足要求。当温度的控制精度要求很高时，可以采用比例积分调节器或者比例积分微分调节器。这两种调节器都可以使被控制量恢复到某一要求值，使静态温度保持恒定。

2.蒸发器流量控制

蒸发器制冷剂的流量调节是通过节流元件实现的。节流吸气元件主要有热力膨胀阀(见图2中TE)、热电膨胀阀等。热力膨胀阀是温包传感、机械作用的流量调节阀，它只能适用于传统的控制模式，即构成简单的过热度闭环反馈调节系统，实现比例型流量调节。热力膨胀阀的调节总是要滞后于蒸发器出口制冷剂蒸气温度的变化，当蒸发器中的热负荷减少时，滞后时间增加。滞后引起热力膨胀阀的脉动工作，所以在蒸发器中不能保证蒸发温度和蒸发压力的稳定。当蒸发器中的热负荷波动较大及制冷装置必须在恒定压力下工作时，为保证蒸发器中的制冷剂蒸发压力的稳定，仅靠单一的热力膨胀阀的控制是难以实现的，此时应该在蒸发器的出口管路上加装蒸发压力调节阀。由于热力膨胀阀本身存在不足，为了实现计算机控制，可采用电子手段进行流量调节。热电膨胀阀是为了适应计算机控制而开发的一种制冷节流元件。该流量控制装置由于采用电子式比例积分调节器能够保证有良好的调节品质，即使负荷变化大，控制系统也能够迅速准确地调整，能够将过热度控制得很小，保证蒸发器面积得到最大利用。电子膨胀阀是国际上在20世纪80年代以后推出的一种较为先进的节流元件，它适应制冷机电一体化的发展要求，具有传统热力膨胀阀无法比拟的优点。它按照电脑预设的程序进行流量调节，尤其适用于变频式空调器中。

图2双位控制器控制冷室温度的原理

3.蒸发压力控制

当制冷系统采用多个蒸发器，并要求达到不同的控制温度时，为维持各自的蒸发温度(压力)，必须进行蒸发压力调节。蒸发压力调节阀(见图1中KVP)安装在温度高的蒸发器出口管路上，其作用是对高温蒸发器出口制冷剂蒸气再次节流，使其压力与低温蒸发器出口压力相同，同时可以维持该冷室的蒸发压力恒定。该系统中还必须在温度低的蒸发器出口管路上装止回阀(见图1中NRV)，其目的是防止停机时，高温蒸发器中的制冷剂蒸气倒流至低温(低压)蒸发器中凝结，不仅破坏低温冷室的正常工作，而且会使压缩机产生液击。

4.冷凝压力控制

在制冷系统正常工作时，冷凝压力维持在一定范围内。冷凝压力过高会导致压缩机耗功增大，经济性下降，同时当该压力超过设备承受压力时，会发生爆炸的危险。在冬季运转时，冷却水的温度过低或者室外环境温度过低，都会引起冷凝压力过低，使冷凝压力与蒸发压力的差值减小，热力膨胀阀两端的压差减少，造成流经热力膨胀阀的制冷剂流量急剧减小，便制冷量大大降低。因此，为保持制冷装置的正常运转，必须对冷凝压力进行调节，使其稳定在要求的范围内。

水冷式冷凝器的冷凝压力调节通常是通过安装在冷凝器的迸水管路上的水量调节阀来实现的。水量调节阀分为压力控制式和温度控制式。根据冷凝压力或者冷却水出口温度自动控制水量调节阀的开度，改变水流量，以维持冷凝压力在允许的范围内。

风冷式冷凝器冷凝压力的调节可以通过采用改变风扇电动机的转速来改变冷却风量;或者通过使部分风扇停机或开机来改变通过冷凝器的空气量;还可以通过冷凝器的迸风口或者出风口设阻风阀来使冷凝压力稳定。在空气侧调节冷凝压力的方法在环境温度不低于4C对比较有效，调节方便可靠。但当环境温度太低时，即使关闭风扇，寒冷的室外空气经自然对流也会便冷凝压力降到正常运转要求值以下。所以，室外温度太低时，变风量调节冷凝压力

的方法不能有效地保证要求的冷凝压力。

除上述方法外还可以采用从制冷剂侧调节冷凝压力，在冷凝器出口管路上安装一只高压调节阀(见图1中KVP)，该阀是一只受阀前压力(冷凝压力)控制的比例调节器，当冷凝压力低于设定值时，调节阀关闭，达到设定值时，调节阀开启。同时在压缩机排气管路与贮液器人口之间接一段旁通管，旁通管上安装一只差压调节阀(见图1中NRD)，该阀是受阀前后压差控制的调节阀，压差大时，阀的开度大;压差小时，阀的开度小;压差低于设定值时阀关闭。采用这种方法控制冷凝压力，应该注意制冷系统中必须有高压贮液器，而且高压贮液器的容积要足够大，系统中的制冷剂充灌量要足够多，以保证在冷凝器达到最大积液时，高压贮液器中仍有制冷剂液体，使热力膨胀阀正常工作。

5.吸气压力控制

在压缩机的吸气管路上安装吸气压力调节阀(见图1中KVL)，其目的是为了避免压缩机在高吸气压力下工作。因为制冷装置在正常的低温状态下运转时，电动机的功率较小，但在启动初期和融霜后制冷系统重新开始制冷运转的时候，吸气压力较高，会引起电动机的功率超过电动机的额定功率，而使电动机超载。如果制冷系统按照功率最大的情况选择电动机，那么在正常制冷运转时，电动机的效率很低，而且电动机的散热量大，给制冷循环带来一系列的影响。此时只要在制冷系统中采用吸气压力调节，就可以按照额定工况所需要的功率选择电动机。吸气压力调节是通过使吸气节流而实现的。在制冷机运转时，吸气压力是通过系统中的吸气压力调节阀来调节的，这样可以防止吸气压力超过允许值。在阀上设置系统允许的吸气压力最高值。在制冷系统运转时，当系统中的吸气压力低于设定值，调节阀全开;吸气压力超过设定值时，调节阀的开度变小，便吸气节流;吸气压力过高时，调节阀关闭。调节阀开度的变化取决于吸气压力与设定值的偏差。

(二)制冷系统的能量调节技术

在制冷系统运转中，由于负荷在不断地变化，压缩机的产冷量也需要与之相匹配。对于小型的压缩机，其能量调节可以采用压缩机间歇启动、吸气节流、热气旁通等方法。

压缩机间歇启动是小型制冷系统应用较多的一个能量调节方法。压缩机的开停是通过温度控制器或者低压控制器控制的。这种能量调节方式适应于负荷变化不大的制冷系统。

吸气节流调节方式是在压缩机吸气管路上安装一个调节阀，通过调节阀的节流作用，使来自蒸发器的制冷剂气体节流后进入压缩机，改变了压缩机的吸气压力和吸人气体的密度，使压缩机实际吸人的制冷剂质量流量发生变化，因而制冷量也发生变化。这种能量调节的方法比较简单，但在循环中增加了压缩机吸排气的压力比，压缩机的理论比功和排气温度上升，循环的经济性下降。

热气旁通能量调节是在制冷系统的高低压侧旁通管上安装能量调节阀。能量调节阀是一个受阀后压力(吸气压力，控制的具有比例作用的调节阀。在制冷系统运转中，当压缩机的吸气压力过低时，能量调节阀打开，高压制冷剂蒸气旁通到压缩机吸气管上(或者旁通到蒸