專利名稱：一種恒溫恒濕空調(diào)機(jī)的壓縮機(jī)與膨脹閥的同步控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于空調(diào)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種恒溫恒濕空調(diào)機(jī)的壓縮機(jī)與膨脹閥的同步控制裝置，能實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕空調(diào)機(jī)溫濕度高精度控制。
背景技術(shù)：
現(xiàn)階段，恒溫恒濕空調(diào)機(jī)對于控制環(huán)境的精確控制主要通過兩種方式實(shí)現(xiàn)一是通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的出力精確控制所需求的制冷量(除濕量)，達(dá)到恒定溫濕度高精度要求，這往往需要變頻或者數(shù)碼渦旋等容量可調(diào)的壓縮機(jī)；二是利用可控硅PID調(diào)節(jié)加熱量和加濕量，從而精確地調(diào)節(jié)過制冷量和過除濕量，達(dá)到恒溫恒濕的調(diào)節(jié)目的。在節(jié)能減排的大環(huán)境下，后者因可控硅價(jià)格昂貴以及無法解決冷熱量抵消和能源浪費(fèi)的弊端，因而不利于普遍推廣；而前種方法能夠有效緩解因溫濕度控制的不同步性所導(dǎo)致的冷熱量抵消，同時(shí)壓 縮機(jī)容量可調(diào)的特點(diǎn)可精確控制室內(nèi)溫濕度，這也是高精度恒溫恒濕空調(diào)機(jī)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向。在變頻或數(shù)碼渦旋恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)控制中，目前的控制方式往往是孤立地考慮電子膨脹閥和壓縮機(jī)的控制，很容易產(chǎn)生滯后或超調(diào)現(xiàn)象，往往使壓縮機(jī)和電子膨脹閥在短時(shí)間內(nèi)不能達(dá)到匹配協(xié)同，雖然長時(shí)間系統(tǒng)會趨于穩(wěn)定，但是空調(diào)環(huán)境往往是多變的、復(fù)雜的，一旦發(fā)生變化，又需較長時(shí)間才能使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，這樣勢必難以保證整個(gè)制冷系統(tǒng)始終運(yùn)行在最佳狀態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型，旨在緩解恒溫恒濕空調(diào)機(jī)在進(jìn)行溫濕度控制運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的延遲和超調(diào)現(xiàn)象，提高恒溫恒濕空調(diào)機(jī)的控制精度、可靠性以及節(jié)能性，提出一種恒溫恒濕空調(diào)機(jī)的壓縮機(jī)與膨脹閥的同步控制裝置，能實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕空調(diào)機(jī)溫濕度高精度控制。本實(shí)用新型，包括變頻壓縮機(jī)、室外冷凝器、電子膨脹閥、室內(nèi)蒸發(fā)器、電加熱器和電極加濕器，制冷劑經(jīng)變頻壓縮機(jī)，由變頻壓縮機(jī)出來的高溫高壓的制冷劑進(jìn)入室外冷凝器放熱后，經(jīng)過電子膨脹閥節(jié)流降壓至室內(nèi)蒸發(fā)器中，低溫低壓的制冷劑經(jīng)室內(nèi)蒸發(fā)器吸熱后，再回到變頻壓縮機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)循環(huán)；被控環(huán)境高溫高濕的回風(fēng)經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕后，經(jīng)過電加熱器和電極加濕器微調(diào)加熱和加濕后，送入被控環(huán)境，以維持環(huán)境的溫濕度要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)送風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)，變頻壓縮機(jī)的頻率控制輸入端分別與室外溫度/；、室外溫度變化率r/、室內(nèi)溫度/;、室內(nèi)溫度變化率Γ/、室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率多/、過熱度J Tsh和過熱度變化率J Tsh的監(jiān)測器的輸出端連接；電子膨脹閥的開度控制輸入端分別與室內(nèi)溫度I、室內(nèi)溫度變化率Γ/、室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率0/、過熱度和過熱度變化率J Tsh的監(jiān)測器的輸出端及壓縮機(jī)的頻率信號輸出端連接；室外冷凝器風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制輸入端分別與室外溫度/；、室外溫度變化率τ:的監(jiān)測器的輸出端及壓縮機(jī)的頻率信號輸出端連接；室內(nèi)蒸發(fā)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制輸入端分別與室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率r/、室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率K，的監(jiān)測器的輸出端及壓縮機(jī)的頻率信號輸出端連接；電加熱器的加熱量控制輸入端分別與室內(nèi)溫度7；和室內(nèi)溫度變化率アノ的監(jiān)測器的輸出端連接；電極加濕器的加濕量控制輸入端分別與室內(nèi)濕度0 和室內(nèi)濕度變化率K，的監(jiān)測器的輸出端連接。本實(shí)用新型，其運(yùn)行控制是根據(jù)恒溫恒濕空調(diào)機(jī)在啟動和正常運(yùn)行兩種狀態(tài)下，把系統(tǒng)控制分成粗調(diào)控制階段和細(xì)調(diào)控制階段，不同的控制階段采用不同的控制方法，在粗調(diào)階段，要解決的主要問題是盡快縮小室內(nèi)溫、濕度與設(shè)定目標(biāo)之間的差值，在粗調(diào)階段，系統(tǒng)處于ー個(gè)不穩(wěn)定的運(yùn)行過程，精確控制過熱度往往是比較困難的，在粗調(diào)階段的控制方法采用預(yù)先給定的開環(huán)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)以3Hz/s的速度升高直至最高頻率下運(yùn)行，電子膨脹閥的開度設(shè)定為50%-70%;在細(xì)調(diào)階段，室溫濕度與設(shè)定目標(biāo)差值較小，控制的主要目標(biāo)是盡量維持制冷劑的過熱度在較小范圍內(nèi)波動，且盡量接近設(shè)定目標(biāo)值，以保持室內(nèi)換熱器始終保持最佳的供液量，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，此時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)考慮加強(qiáng)對制冷劑的過熱度的控制，兼顧室內(nèi)溫、濕度，以免偏離目標(biāo)過大。在細(xì)調(diào)階段采用壓縮機(jī)ー膨脹閥同步的閉環(huán)調(diào)節(jié)根據(jù)輸入室外溫度/；、室外溫度變化率アン、室內(nèi)溫度I、室內(nèi)溫度變化率Tn，ヽ 室內(nèi)濕度室內(nèi)濕度變化率0ノ、過熱度和過熱度變化率パ/；/，通過自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)，并輸出壓縮機(jī)的頻率信號f，控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；根據(jù)輸入室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率7T、室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率0ノ、過熱度パ和過熱度變化率j Tsh，，以及壓縮機(jī)的頻率信號f，通過自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)，并輸出膨脹閥的開度信號h，控制膨脹閥開啟的脈沖值；根據(jù)室外環(huán)境溫度/;、溫度變化率7；^以及壓縮機(jī)的頻率信號f，控制冷凝風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；根據(jù)室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率7ノ、室內(nèi)濕度和室內(nèi)濕度變化率Φη，，以及壓縮機(jī)的頻率信號f，控制室內(nèi)蒸發(fā)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；電加熱器由被控環(huán)境的溫度Tn和溫度的變化率Tn，控制投入的加熱量；加濕器由被控環(huán)境的相対濕度和相対濕度的變化率K，控制投入的加濕量。本實(shí)用新型，具有如下特點(diǎn)I、采用分階段的控制方式，可大大縮短恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組在啟動階段或者受到外界干擾而導(dǎo)致被控環(huán)境溫濕度波動的時(shí)間；2、采用壓縮機(jī)ー膨脹閥同步控制方案，緩解了由于壓縮機(jī)和膨脹閥各自獨(dú)立控制導(dǎo)致系統(tǒng)控制上的延遲和超調(diào)現(xiàn)象；3、結(jié)合傳統(tǒng)的自適應(yīng)PID控制方法，形成分階段壓縮機(jī)ー膨脹閥同步自適應(yīng)PID控制方式，可實(shí)現(xiàn)在環(huán)境溫度為7°C 30°C，相対濕度40% 75%，溫度控制精度可達(dá)到±0. 2 °C，相対濕度控制精度可達(dá)到±3%RH。

圖I為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理框圖；圖2壓縮機(jī)頻率和室內(nèi)溫度隨運(yùn)行時(shí)間的變化關(guān)系；圖3壓縮機(jī)頻率和室內(nèi)相對濕度隨運(yùn)行時(shí)間的變化關(guān)系；圖4壓縮機(jī)頻率、膨脹閥的開度和過熱度隨運(yùn)行時(shí)間的變化關(guān)系。圖中，Tv、Tw \ Τη、Τη\ Φη、Φη\』Tsh、』Tsh，ヽf軸分別表示的是室外溫度、室外溫度變化率、室內(nèi)溫度、室內(nèi)溫度變化率、室內(nèi)相対濕度、室內(nèi)相対濕度變化率、過熱度、過熱度變化率、壓縮機(jī)的頻率和膨脹閥的開度。
具體實(shí)施方式
參照圖1，一種恒溫恒濕空調(diào)機(jī)的壓縮機(jī)與膨脹閥同步控制裝置，包括變頻壓縮機(jī)、室外冷凝器、電子膨脹閥、室內(nèi)蒸發(fā)器、電加熱器和電極加濕器，制冷劑經(jīng)變頻壓縮機(jī)，由變頻壓縮機(jī)出來的高溫高壓的制冷劑進(jìn)入室外冷凝器放熱后，經(jīng)過電子膨脹閥節(jié)流降壓至室內(nèi)蒸發(fā)器中，低溫低壓的制冷劑經(jīng)室內(nèi)蒸發(fā)器吸熱后，再回到變頻壓縮機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)循環(huán)；被控環(huán)境高溫高濕的回風(fēng)經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕后，經(jīng)過電加熱器和電極加濕器微調(diào)加熱和加濕后，送入被控環(huán)境，以維持環(huán)境的溫濕度要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)送風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)。其中變頻壓縮機(jī)的頻率控制輸入端分別與室外溫度/；、室外溫度變化率Γ/、室內(nèi)溫度Tn、室內(nèi)溫度變化率Tn，、室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率K，、過熱度J Tsh和過熱度變化率J Tsh的監(jiān)測器的輸出端連接；電子膨脹閥的開度控制輸入端分別與室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率r/、室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率K，、過熱度J Tsh和過熱度變化率J Tsh的監(jiān)測器的輸出端及壓縮機(jī)的頻率信號輸出端連接；室外冷凝器風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制輸入端分別與室外溫 度/；、室外溫度變化率τ:的監(jiān)測器的輸出端及壓縮機(jī)的頻率信號輸出端連接；室內(nèi)蒸發(fā)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制輸入端分別與室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率Tn，、室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率0/的監(jiān)測器的輸出端及壓縮機(jī)的頻率信號輸出端連接；電加熱器的加熱量控制輸入端分別與室內(nèi)溫度7；和室內(nèi)溫度變化率的監(jiān)測器的輸出端連接；電極加濕器的加濕量控制輸入端分別與室內(nèi)濕度和室內(nèi)濕度變化率0/的監(jiān)測器的輸出端連接。系統(tǒng)啟動運(yùn)行時(shí)，要解決的主要問題是盡快縮小室內(nèi)溫、濕度與設(shè)定目標(biāo)之間的差值。此時(shí)，系統(tǒng)處于一個(gè)不穩(wěn)定的運(yùn)行過程，精確控制過熱度往往是比較困難的。因此，對于變頻壓縮機(jī)的控制其輸入?yún)?shù)不引入過熱度，相對應(yīng)于電子膨脹閥也不引入過熱度，調(diào)節(jié)規(guī)律預(yù)先給定。壓縮機(jī)可以3Hz/S的速度升高直至最高頻率下運(yùn)行，電子膨脹閥的開度設(shè)定為50%_70%，這樣既可保證系統(tǒng)迅速對被控環(huán)境降溫除濕，也避免膨脹閥的開度過慢導(dǎo)致系統(tǒng)低壓。與此同時(shí)，當(dāng)被控環(huán)境溫度與目標(biāo)值相差2°C時(shí)，認(rèn)為系統(tǒng)啟動階段結(jié)束。室外環(huán)境溫度7；和溫度變化率T1/控制冷凝風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，加熱器由被控環(huán)境的溫度Tn和溫度的變化率r/控制投入的加熱量，加濕器由被控環(huán)境的相對濕度K和相對濕度的變化率0/控制投入的加濕量。對于采樣時(shí)間的確定，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮室內(nèi)溫濕度的特性，同時(shí)需要兼顧制冷劑過熱度的變化特性，采樣周期可適當(dāng)加長。系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，室溫濕度與設(shè)定目標(biāo)差值較小，控制的主要目標(biāo)是盡量維持制冷劑的過熱度在較小范圍內(nèi)波動，且盡量接近設(shè)定目標(biāo)值，以保持室內(nèi)換熱器始終保持最佳的供液量，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。此時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)考慮加強(qiáng)對制冷劑的過熱度的控制，兼顧室內(nèi)溫、濕度，以免偏離目標(biāo)過大。當(dāng)被控環(huán)境的溫度與設(shè)定值之差在2°C之內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入細(xì)調(diào)階段，根據(jù)輸入室外溫度/；、室外溫度變化率Γ/、室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率r/、室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率0/、過熱度]7^和過熱度變化率]7；/，通過自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)，并輸出壓縮機(jī)的頻率信號f，控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；根據(jù)輸入室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率r/、室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率Φη，、過熱度J 7^和過熱度變化率J Tsh，,以及壓縮機(jī)的頻率信號f，通過自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)，并輸出膨脹閥的開度信號h，控制膨脹閥開啟的脈沖值；根據(jù)室外環(huán)境溫度/；、溫度變化率T:，以及壓縮機(jī)的頻率信號f，控制冷凝風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；根據(jù)室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率Tn，、室內(nèi)濕度 < 和室內(nèi)濕度變化率Φη，，以及壓縮機(jī)的頻率信號f，控制室內(nèi)蒸發(fā)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；電加熱器由被控環(huán)境的溫度7；和溫度的變化率Tn，控制投入的加熱量；加濕器由被控環(huán)境的相対濕度和相対濕度的變化率0 ノ控制投入的加濕量。對于采樣時(shí)間的確定，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)加強(qiáng)對過熱度的控制，同時(shí)需要兼顧室內(nèi)溫濕度的變化。由于過熱度對エ況的變化比較敏感，故采樣周期可取短一點(diǎn)。將分階段壓縮機(jī)一膨脹閥同步控制理念與傳統(tǒng)的自適應(yīng)PID控制理論相結(jié)合，構(gòu)建成分階段壓縮機(jī)ー膨脹閥同步自適應(yīng)PID控制方式，通過可編程控制軟件平臺，在高精度變頻恒溫恒濕空調(diào)機(jī)上實(shí)施，并進(jìn)行溫濕度精度控制實(shí)驗(yàn)測試。圖2 4分別給出了室外環(huán)境溫度控制在35 V，室內(nèi)環(huán)境溫度控制在22 V，相 対濕度控制在55%，具有熱濕負(fù)荷干擾下(圖中，在10:20提供熱濕負(fù)荷干擾)，室內(nèi)溫度、相對濕度、壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率、電子膨脹閥的開度以及過熱度隨運(yùn)行時(shí)間的變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，被控環(huán)境的溫濕度、壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率、電子膨脹閥的開度在整個(gè)運(yùn)行過程中基本保持著一致的步調(diào)，幾乎不存在延遲現(xiàn)象。溫度控制精度可達(dá)±0. 2°C，相対濕度控制精度可達(dá)到±3%RH，系統(tǒng)的過熱度在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，波動較小。能夠很好地解決系統(tǒng)控制的延遲現(xiàn)象。
權(quán)利要求1.一種恒溫恒濕空調(diào)機(jī)的壓縮機(jī)與膨脹閥同步控制裝置，包括變頻壓縮機(jī)、室外冷凝器、電子膨脹閥、室內(nèi)蒸發(fā)器、電加熱器和電極加濕器，制冷劑經(jīng)變頻壓縮機(jī)，由變頻壓縮機(jī)出來的高溫高壓的制冷劑進(jìn)入室外冷凝器放熱后，經(jīng)過電子膨脹閥節(jié)流降壓至室內(nèi)蒸發(fā)器中，低溫低壓的制冷劑經(jīng)室內(nèi)蒸發(fā)器吸熱后，再回到變頻壓縮機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)循環(huán)；被控環(huán)境高溫高濕的回風(fēng)經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕后，經(jīng)過電加熱器和電極加濕器微調(diào)加熱和加濕后，送入被控環(huán)境，以維持環(huán)境的溫濕度要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)送風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)，其特征在于變頻壓縮機(jī)的頻率控制輸入端分別與室外溫度/；、室外溫度變化率Γ/、室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率τη，、室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率K，、過熱度J Tsh和過熱度變化率J Tsh的監(jiān)測器的輸出端連接；電子膨脹閥的開度控制輸入端分別與室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率Γ/、室內(nèi)濕度室內(nèi)濕度變化率K，、過熱度J Tsh和過熱度變化率J Tsh的監(jiān)測器的輸出端及壓縮機(jī)的頻率信號輸出端連接；室外冷凝器風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制輸入端分別與室外溫度Τν、室外溫度變化率r/的監(jiān)測器的輸出端及壓縮機(jī)的頻率信號輸出端連接；室內(nèi)蒸發(fā)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制輸入端分別與室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率Tn，、室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率0/的監(jiān)測器的輸出端及壓縮機(jī)的頻率信號輸出端連接；電加熱器的加熱量控制輸入端分別與室內(nèi)溫度7；和室內(nèi)溫度變化率的監(jiān)測器的輸出端連接；電極加濕器的加濕量控制輸入端分別與室內(nèi)濕度0 和室內(nèi)濕度變化率0/的監(jiān)測器的輸出端連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種恒溫恒濕空調(diào)機(jī)的壓縮機(jī)與膨脹閥的同步控制裝置。包括變頻壓縮機(jī)、室外冷凝器、電子膨脹閥、室內(nèi)蒸發(fā)器、電加熱器和電極加濕器，變頻壓縮機(jī)的頻率控制輸入端分別與室外溫度Tw、室外溫度變化率Tw’、室內(nèi)溫度Tn、室內(nèi)溫度變化率Tn’、室內(nèi)濕度φn、室內(nèi)濕度變化率φn’、過熱度⊿Tsh和過熱度變化率⊿Tsh的監(jiān)測器的輸出端連接；電子膨脹閥的開度控制輸入端分別與室內(nèi)溫度Tn、室內(nèi)溫度變化率Tn’、室內(nèi)濕度φn、室內(nèi)濕度變化率φn’、過熱度⊿Tsh和過熱度變化率⊿Tsh的監(jiān)測器的輸出端及壓縮機(jī)的頻率信號輸出端連接；其運(yùn)行控制是根據(jù)輸入室內(nèi)外溫濕度的變化及變化率、過熱度和過熱度變化率，通過自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)，并輸出壓縮機(jī)的頻率信號和膨脹閥的開度信號，控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和膨脹閥開啟的脈沖值，實(shí)現(xiàn)同步控制。
文檔編號F24F11/00GK202470308SQ20122009451
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者徐俊新, 林小茁, 江輝民, 王娜娜, 胡文舉, 陳政文, 陳鎮(zhèn)凱 申請人:廣東吉榮空調(diào)有限公司