变频空调系统控制

变频空调系统中的控制

1 概述

变频系统以其节能和舒适的特性优势已成为空调市场上的主流且随着其技术的深入,一拖二、一拖多系统也大量出现使变频产品更加成熟和全面。

变频技术的关键是变频压缩机和电子膨胀阀的应用。这两点技术有一个最重要的共同点是,它们都是电信号控制的,这样它们的控制就可以和计算机联系起来,利用计算机我们则可根据制冷系统的内在规律和特定的要求来编制程序控制系统的动作,实现智能控制和实时控制。

在变频空调系统中,要实现最优控制,调节的目标有两点,一个就是通过制冷量和负荷量的匹配,维持室温的设定值,另一个是维持蒸发器出口过热度最佳。其中变频压缩机和电子膨胀阀的控制目标不完全相同,调节压缩机是根据房间负荷改变转速,从而改变制冷剂流量和制冷量。电子膨胀阀的调节对象主要是蒸发器,要维持其出口过热度的最佳值,就是既要避免压缩机的湿压缩,又要充分利用其蒸发面积对于多联空调系统电子膨胀阀又可以用于各区域的流量调节。

对制冷系统的调节,离不开对制冷系统调节特性的了解。制冷系统是一个多输入,多输出的调节系统,而且各输入输出参数的耦合性强,各调节对象都是非线性的。给制冷系统的调节带来一定的困难。

2 一拖一控制方法

本文采用集总参数的仿真计算方法,在考虑房间对象的情况下,研究一拖一家用空调器制冷运行工况下的控制性能,同时对模糊控制进行计算。

其模糊控制器为双输入(温度偏差和偏差变化率)和单输出(频率)的控制器,采用查控制表法。控制表是根据经验和理论知识来总结模糊控制规则和量化因子,使用强度转移法进行模糊推理,并使用重心法进行反模糊化推理,量化因子通过模拟计算进行寻优得到。并将其与PI(Kp=8Ki=10)控制进行了比较。

2.1 定负荷运行

如下图1,2表示定负荷降温运行的模拟计算结果室内负荷为2400W,运行四小时,图1表示降温曲线,图2表示压缩机的运转频率。可以看出采用模糊控制室内温度效果较好,其波动在±0.2度之内计算结果表明4小时内平均COP可达3.40降低了能耗这是因为在达到设定温度后

压缩机在低频下运行而不是通常那样以开停来控制温度。

2.2 变负荷运行

图34表示在开机100分钟后,房间负荷由1800w变为2400w,设定温度(27度)不变的工况,计算时间为4小时。

2.3 变设定温度

图56表示在开机100分钟后,设定温度由27度变为26度,房间负荷(2400w)不变的工况,计算时间为4小时。

可以看出无论是变负荷运行还是变设定温度运行模糊控制都优于PI控制室内温度波动仍可控制在±0.2度。

为了验证仿真程序的正确性,对定负荷降温工况进行了模糊控制实验,图7中的实线是实测的降温曲线,虚线是仿真计算结果,可以看出仿真程序具有较好的可靠性。

3 一拖二系统控制方法

一拖二空调器只有一个室外装置(即一个压缩机和一个冷凝器),两个室内侧装置(两个蒸发器),电子膨胀阀不但控制单蒸发器的过热度,而且同时完成液量的分配,由于两个室内侧装置安装于两个不同房间,负荷和设定温度各不相同,因而给控制带来许多困难。

文献[1]论述了一种控制一拖二的方法。它通过实验测得制冷工况中,在一定压缩机转速下,一拖二空调器的每一室内侧所需的制冷剂流量的曲线关系如图8。可以看出,在某一频率下,当两个室内侧膨胀阀同时开到最大时,系统的制冷剂循环量具有最大值。这是因为此时,系统负荷大,蒸发面积大,因而系统的蒸发压力较高,加之此时系统制冷剂管路压降小,压缩机在同一频率下运转,具有较高的吸气压力,从而制冷剂循环量较大,在图8中,表现为抛物线的流量特性而一定的流量又代表完成了一定的负荷则可得图9所示一定转速下两室的负荷的抛物线关系。所以两室负荷之间的关系可用式(1)表示。

b=-la2-ma+n (1)

其中l m n是系数当两室的蒸发器完全相同时流量(负荷)特性曲线应是关于坐标轴对称的此时认为m=0。a b是根据房间的实测温度与设定温度的差值得到的房间负荷系数,如表1。

根据图9实测的结果我们可以取其中的两个测点来确定系数l n,文献[1]中取的是曲线和坐标轴的交点即一单机全关,由压缩机单独驱动另一单机的情况。这样,一定压缩机频率下负荷的对应关系完全可由两蒸发器与压缩机的特性确定。则得n=f×F(F是压缩机频率f是比例系数)l=[M2/(f×F)](M是与两坐标轴截距的比值当两蒸发器相同,负荷特性曲线关于坐标轴对

称时,M=1)。

在如图9的曲线的基础上,文献提出这样一种控制方法,根据每一房间的温度情况确定负荷系数,再由两室负荷系数的对应关系根据图9来确定压缩机所需的运行频率。文献作者对这种控制方法进行了实验研究,证明控制效果良好。

图1

图2

图3

图4

图5

图6

表1

Δt℃0-0.51+0.52+0.53+0.54+0.55+0.56+0.57+0.5负荷系数

03456789（a,h）

4 一拖多系统

多联系统只有一台室外侧装置(一个压缩机,一个冷凝器),具有三台以上的室内侧装置,各房间的负荷和设定温度也不尽相同,对于这种空调系统,如采用一拖二系统的控制思想就显得控制方法复杂,难以实现。这种情况下可通过压缩机的吸气压力来反应房间的总负荷,控制吸气压力,也就控制了制冷量。制冷系统调节制冷量和负荷平衡要经过两个过程一个是管内制冷剂的蒸发:Q=G×q(G为制冷剂质流量q为单位流量的吸热量一定转速条件下,G和蒸发压力成正比)另一个是管外侧换热方程:Q=α×F×(tair-ttube),( α是换热系数,F是蒸发器面积,tair是室内空气平均温度 ttube是管壁平均温度,和蒸发压力对应)在管外侧分档调速贯流风机转速一定的情况下,换热系数α就一定了,则一定工况下的换热情况就完全取决于蒸发温度了。由以上的分析可以看到,蒸发压力是负荷的完成的重要的中间量,控制了压力也就是控制了制冷量。而蒸发压力又是可以由压缩机运转频率的改变来加以控制的。

文献[2]对变频空调系统的蒸发器进行了分布参数的仿真计算,如图(10,11,12)是蒸发器过热度控制在3k,回风状态不变(干球温度27℃湿球温度19.5℃)时,压缩机转速和制冷量、蒸发温度、蒸发压力的对应关系。可知在一定的工况下,随着压缩机运转频率的提高,系统吸气压力下降,制冷量增大。

图7

图8