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空气源机组用电子膨胀的控制方法

申请号 CN202410038219.4 申请日 2024-01-10 公开(公告)号 CN117739554A 公开(公告)日 2024-03-22
申请人 乐金空调(山东)有限公司; 发明人 杨振亚; 张旭昀; 胡晓林; 刘保祥; 吕金辉;
摘要 本 发明 涉及 电子 膨胀 阀 控制技术领域,特别是一种空气源 热 泵 机组用电子膨胀阀的控制方法。包括以下步骤:S1、 空气源热泵 的 压缩机 启动前,根据事先设定的电子膨胀阀的开机开度Fc打开电子膨胀阀,压缩机启动后,电子膨胀阀在保持开机开度Fc的状态下,维持设定时间段Tce后,根据吸气 过热 度SSH判断并控制电子膨胀阀的开度;S2、当压缩机的排气 温度 td升至不小于电子膨胀阀不能调小排气温度tdmax时,不允许关小电子膨胀阀开度,根据排气温度td判断并控制电子膨胀阀的开度。通过该方法,实现了电子膨胀阀开度的变化比较平稳,排气温度更稳定,极端工况下排气温度的变化范围较小,使压缩机保持较高的排气温度。
权利要求

1.一种空气源机组用电子膨胀的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、空气源热泵压缩机启动前,根据事先设定的电子膨胀阀的开机开度Fc打开电子膨胀阀,压缩机启动后,电子膨胀阀在保持开机开度Fc的状态下,维持设定时间段Tce后,根据吸气过热度SSH判断并控制电子膨胀阀的开度;
S2、当压缩机的排气温度td升至大于电子膨胀阀不能调小排气温度tdmax时,不允许关小电子膨胀阀开度,根据排气温度td判断并控制电子膨胀阀的开度。
2.根据权利要求1所述的空气源热泵机组用电子膨胀阀的控制方法,其特征在于,压缩机启动后,电子膨胀阀在开机开度Fc状态下,维持设定时间段Tce后,若排气温度td升至不小于电子膨胀阀不能调小排气温度tdmax,优先利用步骤S2中的排气温度判断并控制电子膨胀阀的开度。
3.根据权利要求1所述的空气源热泵机组用电子膨胀阀的控制方法,其特征在于,步骤S1具体包括以下实施步骤:
S1.1、根据初始吸气目标过热度设定值SSH_TGT对电子膨胀阀开度进行控制;
S1.2、随着压缩机的运行,当压缩机的运动时间达到设定时间段Tcs后,根据浮动吸气目标过热度VSH_TGT对电子膨胀阀开度进行控制。
4.根据权利要求3所述的空气源热泵机组用电子膨胀阀的控制方法,其特征在于,步骤S1.1中,
当SSH>SSH_TGT+△t1时,电子膨胀阀的开度开大;当SSH<SSH_TGT‑△t1时,电子膨胀阀的开度关小;当SSH_TGT‑△t1≤SSH≤SSH_TGT+△t1时,电子膨胀阀的开度维持不变;
其中,SSH_TGT表示始吸气目标过热度设定值,其取值范围为0~10;△t1表示吸气过热度非调节温差,其取值范围为0~5。
5.根据权利要求3所述的空气源热泵机组用电子膨胀阀的控制方法,其特征在于,步骤S1.2中,浮动吸气目标过热度VSH_TGT的计算公式如下,
VSH_TGT=SSH_TGT+(90‑tdc‑EVI‑SUB)/OPER,
其中,tdc表示30秒内的平均排气温度,每秒记录一次数据;
当空气源热泵机组中配置经济器时,经济器位于冷凝器和电子膨胀阀之间;EVI表示经济器常数,其取值范围为0~10;当经济器的阀关闭、或者空气源热泵机组中没有配置经济器时,EVI取值为0;
当空气源热泵机组中配置喷液冷却系统时,此时一部分制冷剂液体不经过蒸发器蒸发,直接进入压缩机,喷液冷却系统采用电磁阀控制开关;SUB表示喷液冷却常数,其取值范围为0~10;当电磁阀关闭、或者空气源热泵机组中没有配置喷液冷却系统时,SUB取值为0;
OPER表示修正系数,其取值范围为0~20。
6.根据权利要求5所述的空气源热泵机组用电子膨胀阀的控制方法,其特征在于,VSH_TGT的最小值限定为0.5,最大值限定为10。
7.根据权利要求6所述的空气源热泵机组用电子膨胀阀的控制方法,其特征在于,当SSH>VSH_TGT+△t1时,电子膨胀阀的开度开大;当SSH<VSH_TGT‑△t1时,电子膨胀阀的开度关小;当VSH_TGT-△t1≤SSH≤VSH_TGT+△t1时,电子膨胀阀的开度维持不变。
8.根据权利要求3所述的空气源热泵机组用电子膨胀阀的控制方法,其特征在于,电子膨胀阀的开度采用以下公式进行控制:
Eout=p×(kp×(e0‑e1)+ki×e0+kd×(e0‑2e1+e2)),
其中,Eout表示电子膨胀阀增量:当Eout为正值时,代表电子膨胀阀的开度开大;当Eout为负值时,代表电子膨胀阀的开度变小;
P表示比例带系数,该参数为设定值,其取值范围为0~60%;
ki表示积分系数,ki=kp×(T/Ti);Kd表示微分系数,kd=kp×(Td/T);其中T表示调节周期,该参数为设定值,其取值范围为5~300;Ti为常数,该参数为设定值,其取值范围为0~100;Td为常数,该参数为设定值,其取值范围为0~100;
e0表示当前吸气过热度与目标过热度的温差,e1表示上次吸气过热度与目标过热度之间的温差,e2表示上上次吸气过热度与目标过热度之间的温差。
9.根据权利要求1所述的空气源热泵机组用电子膨胀阀的控制方法,其特征在于,tdmax为设定值,其取值范围为95~110℃;
当td增大至tdmax+5度时,电子膨胀阀的开度每30秒增大3×(td‑tdmax);
若排气温度降至td<tdmax后,电子膨胀阀转为步骤S1的吸气过热度控制。

说明书全文

空气源机组用电子膨胀的控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电子膨胀阀控制技术领域,特别是一种空气源热泵机组用电子膨胀阀的控制方法。

背景技术

[0002] 目前,现有的空气源热泵机组通常包括压缩机冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器等部件。空气源热泵机组动作过程中,通过压缩机的出口排出的气体进入冷凝器,经过冷凝器的冷凝作用后,气体转换为液体,经过电子膨胀阀的节流作用,进入蒸发器内。进入蒸发器内的液体吸收热量,在蒸发器内吸热蒸发为气体后,再次进入压缩机,从而完成制冷剂的循环。在制冷剂的循环过程中,实现了空气源热泵机组的制热工作。
[0003] 空气源热泵机组在市场应用比较广泛,但运行的工况复杂,比如过渡季节的高环境温度的中温出、以及冬季低环境温度的高温出水,复杂的工况致使其对压缩机的吸、排气温度控制比较困难。目前针对压缩器的吸、排气温度的控制主要采用以下的方式:当排气温度小于设定值时,电子膨胀阀主要靠固定的吸气过热度控制;当排气温度高于设定值时,电子膨胀阀靠固定的排气温度控制,电子膨胀阀的开度会一直开大,直至压缩机的排气温度趋近设定值。
[0004] 上述控制方法,可以有效地避免压缩机排气温度过高,对电机具有一定的保护。但是由于电子膨胀阀的开度较大,此时压缩机的液态制冷剂的供液量较大,过多液体制冷剂进入压缩机后,会吸取润滑油中的热量,油温降低,润滑油粘度加大,导致润滑油不能随气体制冷剂顺利进入压缩机涡旋盘,进入压缩机内的润滑油量会随之降低,容易造成压缩机的润滑失效,加剧压缩机内部部件的磨损;另外,当电子膨胀阀的开度较大时,会使制冷剂不能完全在蒸发器(翅片换热器)内蒸发,造成蒸发器的性能衰减,同时加快了蒸发器外部的结霜现象,结霜后会导致蒸发器的性能再次衰减。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷,提出了一种空气源热泵机组用电子膨胀阀的控制方法,电子膨胀阀开度的变化比较平稳,排气温度更稳定,极端工况下排气温度的变化范围较小,使压缩机保持较高的排气温度。
[0006] 本发明的技术方案是:一种空气源热泵机组用电子膨胀阀的控制方法,其中,包括以下步骤:
[0007] S1、空气源热泵的压缩机启动前,根据事先设定的电子膨胀阀的开机开度Fc打开电子膨胀阀,压缩机启动后,电子膨胀阀在保持开机开度Fc的状态下,维持设定时间段Tce后,根据吸气过热度SSH判断并控制电子膨胀阀的开度;
[0008] S2、当压缩机的排气温度td升至不小于电子膨胀阀不能调小排气温度tdmax时,不允许关小电子膨胀阀开度,根据排气温度td判断并控制电子膨胀阀的开度。
[0009] 本发明中,压缩机启动后,电子膨胀阀在开机开度Fc状态下,维持设定时间段Tce后,若排气温度升至大于电子膨胀阀不能调小排气温度tdmax,优先利用步骤S2中的排气温度判断并控制电子膨胀阀的开度。
[0010] 步骤S1具体包括以下实施步骤:
[0011] S1.1、根据初始吸气目标过热度设定值SSH_TGT对电子膨胀阀开度进行控制;
[0012] S1.2、随着压缩机的运行,当压缩机的运动时间达到设定时间段Tcs后,根据浮动吸气目标过热度VSH_TGT对电子膨胀阀开度进行控制。
[0013] 上述步骤S1.1中,
[0014] 当SSH>SSH_TGT+△t1时,电子膨胀阀的开度开大;当SSH<SSH_TGT‑△t1时,电子膨胀阀的开度关小;当SSH_TGT‑△t1≤SSH≤SSH_TGT+△t1时,电子膨胀阀的开度维持不变;
[0015] 其中,SSH_TGT表示始吸气目标过热度设定值,其取值范围为0~10;△t1表示吸气过热度非调节温差,其取值范围为0~5。
[0016] 上述步骤S1.2中,浮动吸气目标过热度VSH_TGT的计算公式如下,[0017] VSH_TGT=SSH_TGT+(90‑tdc‑EVI‑SUB)/OPER,
[0018] 其中,tdc表示30秒内的平均排气温度,每秒记录一次数据;
[0019] 当空气源热泵机组中配置经济器时,经济器位于冷凝器和电子膨胀阀之间;EVI表示经济器常数,其取值范围为0~10;当经济器的阀关闭、或者空气源热泵机组中没有配置经济器时,EVI取值为0;
[0020] 当空气源热泵机组中配置有喷液冷却系统时,此时一部分制冷剂液体不经过蒸发器蒸发,直接进入压缩机,喷液冷却系统采用电磁阀控制开关;SUB表示喷液冷却常数,其取值范围为0~10;当电磁阀关闭、或者空气源热泵机组中没有配置喷液冷却系统时,SUB取值为0;
[0021] OPER表示修正系数,其取值范围为0~20。
[0022] VSH_TGT的最小值限定为0.5,最大值限定为10。
[0023] 当SSH>VSH_TGT+△t1时,电子膨胀阀的开度开大;当SSH<VSH_TGT‑△t1时,电子膨胀阀的开度关小;当VSH_TGT-△t1≤SSH≤VSH_TGT+△t1时,电子膨胀阀的开度维持不变。
[0024] 电子膨胀阀的开度采用以下公式进行控制:
[0025] Eout=p×(kp×(e0‑e1)+ki×e0+kd×(e0‑2e1+e2)),
[0026] 其中,Eout表示电子膨胀阀增量:当Eout为正值时,代表电子膨胀阀的开度开大;当Eout为负值时,代表电子膨胀阀的开度变小;
[0027] P表示比例带系数,该参数为设定值,其取值范围为0~60%;
[0028] ki表示积分系数,ki=kp×(T/Ti)。Kd表示微分系数,kd=kp×(Td/T);其中T表示调节周期,该参数为设定值,其取值范围为5~300;Ti为常数,该参数为设定值,其取值范围为0~100;Td为常数,该参数为设定值,其取值范围为0~100;
[0029] e0表示当前吸气过热度与目标过热度的温差,e1表示上次吸气过热度与目标过热度之间的温差,e2表示上上次吸气过热度与目标过热度之间的温差。
[0030] tdmax为设定值,其取值范围为95~110℃;
[0031] 当td增大至tdmax+5度时,电子膨胀阀的开度每30秒增大3×(td‑tdmax);
[0032] 若排气温度降至td<tdmax后,电子膨胀阀转为步骤S1的吸气过热度控制。
[0033] 本发明的有益效果是:
[0034] (1)极端工况下,压缩机的理论排气排气温度非常高,实际排气温度越接近理论排气温度,更能发挥压缩机的制热能,本发明所述方法在保证压缩机的安全工作的前提下,极端工况时能够使压缩机保持较高的排气温度;
[0035] (2)吸气过热度、浮动吸气目标过热度和排气温度根据条件协调控制电子膨胀阀的开度,本发明中由于浮动吸气目标过热度的计算有排气温度的参与,因此控制模式的切换比较平滑,电子膨胀阀开度的变化比较平稳,排气温度更稳定,极端工况下排气温度的变化范围较小,不易触发排气温度保护;
[0036] (3)由于电子膨胀阀的开度变化比较平稳,不会频繁过多开大开度,进入蒸发器的制冷剂得以完全蒸发,高湿度天气时,避免结霜速度加快,系统的制热能衰减较慢;
[0037] (4)本发明中,制冷剂在蒸发器内完全蒸发,避免了制冷剂液体直接进入压缩机,压缩机底部的润滑油油温得到保证,压缩机涡旋盘得到了有效润滑,避免压缩机涡旋盘因为失油或压缩制冷剂液体造成涡旋盘磨损。附图说明
[0038] 图1是本发明所述方法的流程图
[0039] 图2(a)是利用SSH_TGT和低tdmax控制电子膨胀阀开度时获得的压缩机排气温度情况;
[0040] 图2(b)是利用SSH_TGT和较高tdmax控制电子膨胀阀开度时获得的压缩机排气温度情况;
[0041] 图2(c)是利用本发明所述方法控制电子膨胀阀开度时获得的压缩机排气温度情况。

具体实施方式

[0042] 为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0043] 在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
[0044] 本发明所述的空气源热泵机组用电子膨胀阀的控制方法,包括以下步骤。
[0045] 第一步,空气源热泵压缩机启动前,根据事先设定的电子膨胀阀的开机开度Fc打开电子膨胀阀,压缩机启动后,电子膨胀阀在保持开机开度Fc的状态下,维持设定时间段Tce后,根据吸气过热度SSH判断并控制电子膨胀阀的开度。
[0046] 吸气过热度SSH等于压缩机的吸气温度与制冷剂饱和温度之间的差值。其他条件一定的情况下,吸气过热度越高,压缩机的排气温度越高。制冷剂饱和温度可以通过压力传感器测得的压力换算得到。
[0047] 首先,根据初始吸气目标过热度设定值SSH_TGT对电子膨胀阀进行控制,在该步骤中,设吸气过热度非调节温差为△t1。本实施例中,初始吸气目标过热度设定值SSH_TGT取值范围为0~10,吸气过热度非调节温差△t1取值范围为0~5。
[0048] 当SSH>SSH_TGT+△t1时,电子膨胀阀的开度开大。当SSH<SSH_TGT‑△t1时,电子膨胀阀的开度关小。当SSH_TGT‑△t1≤SSH≤SSH_TGT+△t1时,电子膨胀阀的开度维持不变。
[0049] 电子膨胀阀吸气过热度的控制算法采用PID控制,本实施例中,PID的算法如下:
[0050] Eout=p×(kp×(e0‑e1)+ki×e0+kd×(e0‑2e1+e2) )            (1)[0051] 其中,Eout表示电子膨胀阀增量。当Eout为正值时,代表电子膨胀阀的开度开大;当Eout为负值时,代表电子膨胀阀的开度变小。
[0052] P表示比例带系数,该参数为设定值,本实施例中,其取值范围为0~60%。P与电子膨胀阀的最大步数有关,例如500步的电子膨胀阀的比例带系数设定为20%,那么1000步的电子膨胀阀比例带系数则可设定为40%。Kp表示比例系数,该参数为设定值,本实施例中其取值为0~100。
[0053] ki表示积分系数,ki=kp×(T/Ti)。Kd表示微分系数,kd=kp×(Td/T)。其中T表示调节周期,该参数为设定值,其取值范围为5~300。Ti为常数,该参数为设定值,其取值范围为0~100。Td为常数,该参数为设定值,其取值范围为0~100。
[0054] e0表示当前吸气过热度与目标过热度的温差,e1表示上次吸气过热度与目标过热度之间的温差,e2表示上上次吸气过热度与目标过热度之间的温差。
[0055] 接下来,随着压缩机的运行,当压缩机的运行时间达到设定时间段Tcs后,电子膨胀阀的控制转入浮动吸气目标过热度VSH TGT控制。
[0056] 浮动吸气目标过热度VSH_TGT的计算公式如下,
[0057] VSH_TGT=SSH_TGT+(90‑tdc‑EVI‑SUB)/OPER          (2)
[0058] 其中,tdc表示30秒内的平均排气温度,每秒记录一次数据,并根据30秒内记录的数据求出平均排气温度。
[0059] 当空气源热泵机组中配置经济器时,经济器位于冷凝器和电子膨胀阀之间。EVI表示经济器常数,其取值范围为0~10;经济器的阀关闭时,EVI取值为0。如果空气源热泵机组中没有配置经济器,此时EVI取值也为0。
[0060] 当空气源热泵机组中配置喷液冷却的系统时,此时一部分制冷剂液体不经过蒸发器蒸发,直接进入压缩机为电机降温,或降低排气温度。喷液冷却系统一般采用电磁阀控制开关。SUB表示喷液冷却常数,其取值范围为0~10,电磁阀关闭时SUB取值为0。如果空气源热泵机组中不配置喷液冷却系统,SUB取值也为0。
[0061] OPER表示修正系数,其取值范围为0~20。
[0062] VSH_TGT的最小值限定为0.5,最大值限定为10。即根据公式(2)计算得到的VSH_TGT值小于0.5时,VSH_TGT仍取值为0.5;根据公式(2)计算得到的VSH_TGT值大于10时,VSH_TGT仍取值为10。
[0063] 当SSH>VSH_TGT+△t1时,电子膨胀阀的开度开大;当SSH<VSH_TGT‑△t1时,电子膨胀阀的开度关小;当VSH_TGT-△t1≤SSH≤VSH_TGT+△t1时,电子膨胀阀的开度维持不变。电子膨胀的开度增量计算如上述公式(1),此处不再赘述。
[0064] 第二步,当压缩机的排气温度td>电子膨胀阀不能调小排气温度tdmax时,不允许关小电子膨胀阀开度,此时根据排气温度td判断并控制电子膨胀阀的开度。
[0065] 电子膨胀阀不能调小排气温度tdmax为设定值,其取值范围为95~110℃。
[0066] 当排气温度td继续增大至tdmax+5度时,电子膨胀阀的开度每30秒增大3×(td‑tdmax)。
[0067] 若排气温度降至td<tdmax后,电子膨胀阀转为第一步的吸气过热度控制。
[0068] 在特殊情况下,压缩机启动后,电子膨胀阀在开机开度Fc状态下,维持设定时间段Tce后,只要排气温度td≥tdmax,优先采用第二步的排气温度控制步骤。
[0069] 通过图2(a)至图2(c)所示,通过本发明所述方法控制电子控制阀开度时,可以提高压缩机的排气温度的设定值。在排气温度td安全范围内,排气温度越接近理论值,性能越到有效发挥,同时压缩机的排气温度的变化范围明显减小。
[0070] 以上对本发明所提供的空气源热泵机组用电子膨胀阀的控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。