论文部分内容阅读
摘 要：介绍电子膨胀阀在制冷系统中的使用优势及电子膨胀阀的控制方法，同时结合现有技术的应用具体介绍搭载电子膨胀阀系统的控制流程。
关键词：电子膨胀阀；空调器；控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0301-01
1 电子膨胀阀应用在制冷/制热系统中的优势
电子膨胀阀主要用于空调（制冷）系统中，可以实现制冷剂流量的自动调节，从而使空调系统始终保持在最佳的工况下运行，达到快速制冷、温度精确控制、节能等目的。
电子膨胀阀是通过传感器得到的参数进行计算，经由控制器进行控制，因此反应及动作速度比较快，从全闭到全开仅需几秒钟；而热力膨胀阀控制器因为感温包的热惰性及传热过程需要一定的时间，响应动作速度比较慢，常常会导致较大的振荡。同时，使用电子膨胀阀控制器时，目标过热度可以通过程序或者存贮器进行设定，可以针对制冷/制热等工况单独设置不同的过热度，提高系统的经济性；而热力膨胀阀控制器则因为过热度目标值由预紧力设定，不可任意调节。
2 电子膨胀阀的控制方法
2.1 温度式控制方法
利用两温度的差近似地代替系统过热度，并用此过热度作为参数进行电子膨胀阀的控制。
制冷过热度=ts-te，即过热度等于吸气温度与室内蒸发器中央两相区温度的差值。
制热过热度=ts-tc，即过热度等于吸气温度与室外冷凝器中央两相区温度的差值。此种方法适用于冷暖机型，只需要3个温度传感器即可实现控制。
2.2 压力式控制方法
以下是计算的过热度作为参数控制电子膨胀阀：
过热度=ts-tps
式中：tps为吸气压力ps对应的制冷剂饱和温度，即过热度为吸入温度与饱和温度的差值。
2.3 两种方法的比较
压力式控制方法对过热度的计算与真实过热度相符，但需在回路中追加压力传感器，且在程序控制中要追加饱和温度的AD转换表，较为不便，并且价格较高。温度式控制方法较压力式控制方法安装简便，因不需要进行压力到饱和温度的转换过程，故响应更快；但其过热度并非系统实际的过热度，还需研究此法是否具有妥当性。
为研究其妥当性，在家用壁挂3.5kW的系统中，在额定制冷条件下，同时记录在不同的膨胀阀开度时2种过热度的计算值。可见，在不同的膨胀阀开度、不同过热度的条件下，温度式控制方法计算的过热度与压力式控制方法计算过热度的差值约恒等于3℃。经更多的实验证明，不同本体，此差值会有不同，但基本是一个恒定的值。由此可知，采用一定的补偿，利用温度式控制方法代替压力式控制方法是妥当的。
2.4 目标过热度的确定
通常来说，目标过热度的设定有以下2种方法：
（1）直接设定法，即直接设定一个固定的过热度目标值，并以此目标值进行过热度控制。
（2）MSS设定法，考虑到蒸发器-电子膨胀阀系统存在保持稳定控制的最小过热度，而最小过热度随蒸发器的负荷而改变，最小稳定信号线MSS。所以目标过热度的设定按最小值给出可使系统既稳定又经济。
3 电子膨胀阀控制器在家用空调器中的应用
电子膨胀阀控制器在家用空调器中的应用主要有以下几方面：
3.1 变频空调器性能最适化应用
控制电子膨胀阀的开度随频率的变化而变化，可使系统在最佳的状态下运行。
目前家用变频空调器中，能效为一、二级的机种已广泛采用电子膨胀阀控制技术。而在实际使用中，一些厂家采用表格式把频率与膨胀阀开度对应起来，再配合过热度进行补正从而确定膨胀阀的具体开度；也有一些厂家单纯采用过热度作为参数进行开度调节或采用压缩机排气温度作为参数进行开度的调节，不管采用何种方法，其目的都是实现流量的最适化。特别是在制冷中间性能的优化中，膨胀阀控制器发挥着很大的作用，有利于提升空调器SEER值。
3.2 电子膨胀阀在提高空调器低温能力上的应用
在2013年执行的新房间空调器能效标准以APF（全年能源消耗效率）作为能效等级的划分参数，这将对空调器低温性能提出更高的要求。在空调器低温测试中，利用电子膨胀阀的开度调节可以有效提升除霜后空调器能力的上升速率（虚线部分），以提高积分能力值。
3.3 电子膨胀阀在提高除霜性能中的应用
在制热时膨胀阀以最适的制热开度运转，当除霜开始时，开度快速变更为除霜开度（例如采用三花制Q型500脉冲膨胀阀，开度可设为480），以增加制冷剂流量，使除霜更快，更完全。待除霜结束后膨胀阀开度又恢复除霜前的开度，以利于制热能力快速恢复。当然，若要除霜更佳，在除霜过程中，可再细分不同的阶段，不同阶段采用不同的压缩机频率及膨胀阀开度值。
3.4 电子膨胀阀在空调器中抑制制冷剂噪声的应用
在房间空调器中，若采用毛细管节流方式，由于毛细管在节流的过程中制冷剂状态的变化常常会引起毛细管产生不可避免的振動，这种振动传至冷凝器，则表现为断续的极为刺耳的噪声。当采用电子膨胀阀后，节流的快速性及安装固定，制冷剂噪声将会得到抑制。
3.5 电子膨胀阀高温保护应用
在空调器运行的过程中，可以通过调节电子膨胀阀的开度抑制可能出现的压缩机排气温度过高的情况发生，即当排气温度过高时，膨胀阀将以某一速率增大开度，起到降低排气温度的作用。
3.6 压力式控制电子膨胀阀低压保护应用
在空调器的运行过程中，可以通过调节电子膨胀阀的开度抑制低压过低的情况发生，即低压过低时，膨胀阀将以某一速率增大开度，起到提高低压的作用，并防止负压的产生。
综上所述，电子膨胀阀作为一种提高能效的节流控制元件，已成为制冷系统智能化的重要组成部分。随着国家对于空调能效要求的不断提升，电子膨胀阀在空调系统特别是变频空调系统中的应用会越来越广泛。伴随着应用的展开，如何实现电子膨胀阀的控制以实现高能效、快响应、多功能等的控制将是今后电子膨胀阀控制的研究方向。
参考文献
[1]何法明.电子膨胀阀与热力膨胀阀的比较[J].世界海运，2004（5）：44～45.
[2]商萍君，易佳婷.电子膨胀阀的优势和发展趋势[J].制冷与空调，2007（2）：72～76.
收稿日期：2018-9-3
关键词：电子膨胀阀；空调器；控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0301-01
1 电子膨胀阀应用在制冷/制热系统中的优势
电子膨胀阀主要用于空调（制冷）系统中，可以实现制冷剂流量的自动调节，从而使空调系统始终保持在最佳的工况下运行，达到快速制冷、温度精确控制、节能等目的。
电子膨胀阀是通过传感器得到的参数进行计算，经由控制器进行控制，因此反应及动作速度比较快，从全闭到全开仅需几秒钟；而热力膨胀阀控制器因为感温包的热惰性及传热过程需要一定的时间，响应动作速度比较慢，常常会导致较大的振荡。同时，使用电子膨胀阀控制器时，目标过热度可以通过程序或者存贮器进行设定，可以针对制冷/制热等工况单独设置不同的过热度，提高系统的经济性；而热力膨胀阀控制器则因为过热度目标值由预紧力设定，不可任意调节。
2 电子膨胀阀的控制方法
2.1 温度式控制方法
利用两温度的差近似地代替系统过热度，并用此过热度作为参数进行电子膨胀阀的控制。
制冷过热度=ts-te，即过热度等于吸气温度与室内蒸发器中央两相区温度的差值。
制热过热度=ts-tc，即过热度等于吸气温度与室外冷凝器中央两相区温度的差值。此种方法适用于冷暖机型，只需要3个温度传感器即可实现控制。
2.2 压力式控制方法
以下是计算的过热度作为参数控制电子膨胀阀：
过热度=ts-tps
式中：tps为吸气压力ps对应的制冷剂饱和温度，即过热度为吸入温度与饱和温度的差值。
2.3 两种方法的比较
压力式控制方法对过热度的计算与真实过热度相符，但需在回路中追加压力传感器，且在程序控制中要追加饱和温度的AD转换表，较为不便，并且价格较高。温度式控制方法较压力式控制方法安装简便，因不需要进行压力到饱和温度的转换过程，故响应更快；但其过热度并非系统实际的过热度，还需研究此法是否具有妥当性。
为研究其妥当性，在家用壁挂3.5kW的系统中，在额定制冷条件下，同时记录在不同的膨胀阀开度时2种过热度的计算值。可见，在不同的膨胀阀开度、不同过热度的条件下，温度式控制方法计算的过热度与压力式控制方法计算过热度的差值约恒等于3℃。经更多的实验证明，不同本体，此差值会有不同，但基本是一个恒定的值。由此可知，采用一定的补偿，利用温度式控制方法代替压力式控制方法是妥当的。
2.4 目标过热度的确定
通常来说，目标过热度的设定有以下2种方法：
（1）直接设定法，即直接设定一个固定的过热度目标值，并以此目标值进行过热度控制。
（2）MSS设定法，考虑到蒸发器-电子膨胀阀系统存在保持稳定控制的最小过热度，而最小过热度随蒸发器的负荷而改变，最小稳定信号线MSS。所以目标过热度的设定按最小值给出可使系统既稳定又经济。
3 电子膨胀阀控制器在家用空调器中的应用
电子膨胀阀控制器在家用空调器中的应用主要有以下几方面：
3.1 变频空调器性能最适化应用
控制电子膨胀阀的开度随频率的变化而变化，可使系统在最佳的状态下运行。
目前家用变频空调器中，能效为一、二级的机种已广泛采用电子膨胀阀控制技术。而在实际使用中，一些厂家采用表格式把频率与膨胀阀开度对应起来，再配合过热度进行补正从而确定膨胀阀的具体开度；也有一些厂家单纯采用过热度作为参数进行开度调节或采用压缩机排气温度作为参数进行开度的调节，不管采用何种方法，其目的都是实现流量的最适化。特别是在制冷中间性能的优化中，膨胀阀控制器发挥着很大的作用，有利于提升空调器SEER值。
3.2 电子膨胀阀在提高空调器低温能力上的应用
在2013年执行的新房间空调器能效标准以APF（全年能源消耗效率）作为能效等级的划分参数，这将对空调器低温性能提出更高的要求。在空调器低温测试中，利用电子膨胀阀的开度调节可以有效提升除霜后空调器能力的上升速率（虚线部分），以提高积分能力值。
3.3 电子膨胀阀在提高除霜性能中的应用
在制热时膨胀阀以最适的制热开度运转，当除霜开始时，开度快速变更为除霜开度（例如采用三花制Q型500脉冲膨胀阀，开度可设为480），以增加制冷剂流量，使除霜更快，更完全。待除霜结束后膨胀阀开度又恢复除霜前的开度，以利于制热能力快速恢复。当然，若要除霜更佳，在除霜过程中，可再细分不同的阶段，不同阶段采用不同的压缩机频率及膨胀阀开度值。
3.4 电子膨胀阀在空调器中抑制制冷剂噪声的应用
在房间空调器中，若采用毛细管节流方式，由于毛细管在节流的过程中制冷剂状态的变化常常会引起毛细管产生不可避免的振動，这种振动传至冷凝器，则表现为断续的极为刺耳的噪声。当采用电子膨胀阀后，节流的快速性及安装固定，制冷剂噪声将会得到抑制。
3.5 电子膨胀阀高温保护应用
在空调器运行的过程中，可以通过调节电子膨胀阀的开度抑制可能出现的压缩机排气温度过高的情况发生，即当排气温度过高时，膨胀阀将以某一速率增大开度，起到降低排气温度的作用。
3.6 压力式控制电子膨胀阀低压保护应用
在空调器的运行过程中，可以通过调节电子膨胀阀的开度抑制低压过低的情况发生，即低压过低时，膨胀阀将以某一速率增大开度，起到提高低压的作用，并防止负压的产生。
综上所述，电子膨胀阀作为一种提高能效的节流控制元件，已成为制冷系统智能化的重要组成部分。随着国家对于空调能效要求的不断提升，电子膨胀阀在空调系统特别是变频空调系统中的应用会越来越广泛。伴随着应用的展开，如何实现电子膨胀阀的控制以实现高能效、快响应、多功能等的控制将是今后电子膨胀阀控制的研究方向。
参考文献
[1]何法明.电子膨胀阀与热力膨胀阀的比较[J].世界海运，2004（5）：44～45.
[2]商萍君，易佳婷.电子膨胀阀的优势和发展趋势[J].制冷与空调，2007（2）：72～76.
收稿日期：2018-9-3