电子膨胀阀工作原理及其控制方法论文

电子膨胀阀工作原理及其控制方法探讨【摘要】随着制冷设备的发展，越来越多的高效节能空调产品面世。

而作为制冷系统的四大部件之一，节流装置在制冷系统中起着非常重要的作用，通过选择应用合适的节流机构与制冷系统匹配是整个制冷设备降低能耗的重要一环。

本文将对节流装置其中之一电子膨胀阀的基本结构、工作原理及控制方法进行分析。

【关键词】电子膨胀阀;制冷;节能;节流装置;控制
0.引言
电子膨胀阀作为一种新型的制冷系统控制部件，突破了传统节流机构的概念，它是制冷系统智能化系统化的重要环节和手段。

空调设备在电子膨胀阀的应用方面，突破了以前在机组设计过程中存在的某种系统屈从热力膨胀阀的观念，进入膨胀阀为系统优化服务的新阶段，其应用使空调设备达到更高的控制精度及工艺要求，对于制冷行业的发展起着重要的作用。

1.传统的节流装置介绍
传统的节流装置包括手动节流阀、孔板、热力膨胀阀等。

手动节流阀越来越少见，几乎已经被淘汰。

而孔板只在某一些设备上使用，例如满液式水冷冷水机等。

热力膨胀阀广泛应用于中央空调设备上。

它既可控制蒸发器供液量，又可节流饱和液态制冷剂。

根据热力膨胀阀结构上的不同，分为内平衡式和外平衡式两种。

外平衡式热力膨胀阀在大量使用，其工作原理是建立在感温包内工质压力、蒸发器出口压力及弹簧力平衡的基础上。

但由于热力膨胀阀的
感温包具有热容量、传压毛细管的压力传递以及机械动作等系列环节的时间滞后，故，其调节响应速度、精度等远比不上电子膨胀阀。

2.电子膨胀阀介绍
2.1结构
单从结构上看，电子膨胀阀主要由阀体、阀针、线圈组成。

而从控制实现的角度来看，电子膨胀阀由控制器、执行器和传感器 3 部分构成，通常所说的电子膨胀阀大多仅指执行器，即可控驱动装置和阀体，实际上仅有这一部分是无法完成控制功能的。

电子膨胀阀控制器的核心硬件为单片机，如控制器同时要完成压缩机及风机的变频等控制功能，一般采用多机级连的形式。

电子膨胀阀的传感器通常采用热电偶或热电阻。

2．2电子膨胀阀特点
电子膨胀阀相对于其它节流装置，具有如下特点：
2.2.1更快的反应速度。

由于电子膨胀阀过热度的计算是根据吸气压力传感器及吸气温度传感器的实测数据进行计算。

因此实时过热度能更快的反应出来。

2.2.2更短的响应时间。

阀体从全关到全开只需要很短的时间。

例如alco的ex7系列（冷量330kw）5秒；丹佛斯ets250（冷量1106kw）为25.4秒。

2.2.3更精确的调节功能。

电子膨胀阀可实现对冷量从10％～100％的无级调节。

2.2.4更准确的监控功能。

电子膨胀阀控制器通常都整合了诸如
远程控制、故障诊断等功能。

3.电子膨胀阀开度控制方法的实际应用
了解步进电机工作原理后，我们现在探讨一下电子膨胀阀的开度控制方法。

电子膨胀阀的开度控制与热力膨胀阀一样，根据系统的回气过热度进行控制，只不过热力膨胀阀是通过三个压力平衡调整阀门的开度，而电子膨胀阀则通过过热度控制器来调节。

我们知道：吸气过热度＝吸气温度－蒸发温度。

因此所有的过热度控制器都有两种计算吸气过热度的方法：
3.1在吸气管放置一个吸气温度传感器测量吸气温度ti，在蒸发器放置一个蒸发温度传感器测量蒸发温度te，而吸气过热度sh ＝ti－te。

这是最直接的测量方法。

3.2有时候在制冷系统蒸发器处放置温度探头不是一件容易的事，像使用板式换热器、非满液式壳管式换热器的空调机组。

另外一种办法就是在吸气管放置一个吸气温度传感器测量吸气温度ti，在吸气管安装一个吸气压力传感器测量低压pi，然后根据压力与温度的对应表而查出对应的蒸发温度te，此时过热度照样可以计算出来sh＝ti－te。

只不过蒸发温度是根据蒸发压力pi间接计算出来。

注意不同的制冷剂需要用到不同的压力与温度的对照表。

根据上述方法，计算出吸气过热度出来以后问题就解决了，我们先给控制器一个设定过热度sh0，然后算出设定值与实际值（反馈值）之间的偏差△sh，采用最基本的pid算法，在正偏差时（设
定值大于实际值，过热度偏小，供液偏多）减小阀门的开度以减小对蒸发器的供液量；在负偏差时（设定值小于实际值，过热度偏大，供液不足）增大阀门的开度以增加供液量。

最终的目的就是使得实际过热度符合设定过热度。

本公司使用的控制器为卡乐evd4控制器。

卡乐的evd4驱动器属于一个通用的过热度控制器。

其可编程的特性使其可与其它品牌的电子膨胀阀兼容。

例如可以驱动包括卡乐e2v系列、sporlan sei系列、alco ex系列、丹佛斯ets系列等常规用到的电子膨胀阀，应用的冷媒种类也非常广泛。

evd4控制器采用的是检测吸气温度＋吸气压力计算过热度的方法。

本公司常规选用的压力传感器测量范围是0～17.3bar（表压），温度传感器的测量范围是-50℃～105℃。

卡乐evd4过热度控制器控制过程与一般过热度控制器的控制算法基本一致，这里不再详述。

evd4提供了一个通讯接口连接到电脑上对电子膨胀阀进行监控，通过监控进行预防性维护和有效的报警管理。

使用evd4时须注意设定如下参数：制冷剂种类，膨胀阀种类，过热度设定值，压力传感器的测量范围。

为了更精确的控制电子膨胀阀，还需要调整如下参数：是否为“过热度过低”状态提供报警，过热度过低温度，膨胀阀调节死区，调节的pid参数。

4.电子膨胀阀在空调设备的设计过程中要注意的问题
4.1吸气压力传感器的量程问题。

我们设计选型时必须要考虑压力传感器量程的问题，避免机组在某种状态下吸气压力传感器超出
量程范围。

例如当系统停止运行，压力平衡时，有机会超出量程，此情况在某工程上的风冷冷水机组设备上曾经出现过（当冷水机组冷冻水温过高引起）。

4.2所有的电子膨胀阀都具有完全关闭功能，此功能可使空调系统管路上省掉一个电磁阀，电子膨胀阀具备电磁阀的功能，从而使系统优化及节约成本。

每个电子膨胀阀的阀体都有它的机械止动点，驱动模块在驱动阀体关闭时候的步数超过总步数从而实现完全关闭。

举个例子：丹佛斯ets250总步数（开度100％）为3810步，但关闭时的步数为3900步。

这是为了防止步进电机失步而导致阀体不能关紧的情况。

4.3当电子膨胀阀与数码涡旋压缩机配合使用的时候必须注意，由于数码涡旋压缩机采用的是把高压气体旁通到低压的方式进行
卸载，因此会造成吸气压力的波动。

如果采用检测吸气温度、吸气压力的方法计算过热度的方法会导致实际过热度变化频繁，从而使控制器不断调整膨胀阀的开度。

因此，在数码涡旋压缩机系统上最好使用检测吸气温度、蒸发温度来计算过热度。

5.应用实例
电子膨胀阀在我公司产品中应用广泛，目前主要应用电子膨胀阀的空调机组有两种：
5.1小冷量工业空调。

在我公司某些产品上已经普遍应用电子膨胀阀，例如小冷量屋顶式空调机组。

其用到的电子膨胀阀是卡乐的e2v系列。

5.2单系统冷量在500kw以上的水冷冷水机组。

其用到的是丹佛斯ets250/ets400电子膨胀阀。

电子膨胀阀优良的过热度调节品质，保证了空调设备的控制精度及运行稳定性，为用户提供了优质的产品和服务。

6.结束语
电子膨胀阀在过热度控制、流量调节均优于传统的节流机构，而且反应速度更快、调节范围更广，以及可以按要求整合例如远程控制、故障诊断等新功能，在空调系统节能效果方面更加显著，有广阔的应用前景。

■
【参考文献】
［１］朱瑞琪，陈文勇，吴业正，电子膨胀阀的控制[j].流体机械，1998，26.
［２］卡乐evd4控制器产品样本.。