油冷機中電子膨脹閥的應用說明
電子膨脹閥在制冷系統(tǒng)中的應用 電子膨脹閥作為電子控制元件，因其精度高，動作快速、準確、節(jié)能效果明顯等優(yōu)點，并與其它智能控制方法相結合，在制冷系統(tǒng)中的運用，以實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制，在制冷空調(diào)中有廣闊的應用前景。
隨著電子及微機控制技術的飛速發(fā)展，計算機也得到了快速發(fā)展，計算及控制技術在制冷空調(diào)行業(yè)中得以滲透，一些適用于制冷系統(tǒng)微機控制的執(zhí)行部件也得以開發(fā)，電子膨脹閥便是在這樣一個大背景下開發(fā)出來的。電子膨脹閥具有許多的優(yōu)點，特別是它能與其它智能控制方法相結合，具有可以實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制，節(jié)能效果明顯。因此迅速得以推廣和發(fā)展。
對于電子膨脹閥的研究早在70年代末期日本就已經(jīng)開始對其進行研究，當時它是靠施加不同的電壓（0~12V）對雙金屬片加熱量的不同，造成雙金屬片膨脹不同而帶動閥針的升降。這種膨脹閥有較大的缺陷，后來已不大使用。除日本外其它國家在80年代也進行了電子膨脹閥的研究和開發(fā)工作，其主要針對電磁式和電動式（步進電機驅(qū)動）電子膨脹閥。電磁式膨脹閥在電磁線圈通電前，閥針處于開的位置，閥針的開度取決于線圈上施加的控制電壓，從而調(diào)節(jié)膨脹閥的流量。該閥動作響應快，但在制冷系統(tǒng)中工作時一直需要供電。電動膨脹閥是一種以步進電機驅(qū)動的電子膨脹閥，它通過給步進電機施加一定邏輯關系的數(shù)字信號，使步進電機通過螺紋驅(qū)動閥針的向前或向后運動，從而改變閥口的流量面積來達到控制流量的目的。這種電子膨脹閥又可分為直動型和減速型兩種。直動型是步進電機直接帶動閥針，減速型是步進電機將動力通過減速齒輪組來推動閥針的動作。通過減速齒輪組可以產(chǎn)生較大的推力，所以目前許多步進電機驅(qū)動的電子膨脹閥都是采用的這一種驅(qū)動方式。電子膨脹閥的形式有多種，但都需要有電信號來控制，為在制冷循環(huán)中實施現(xiàn)代微機控制提供了可能。同時因系統(tǒng)、控制方法不同，每種形式的電子膨脹閥都有自己的優(yōu)勢。但步進電機驅(qū)動的電子膨脹閥因其更適用微機控制、并有較好的穩(wěn)定性，而為更多的制冷系統(tǒng)所采用。
由于電子膨脹閥采樣速度快、精度高等特點，易于實現(xiàn)先進的控制以達到舒適、節(jié)能等控制目標，因而在中小型制冷設備中應用越來越廣泛；特別是在家用空調(diào)系統(tǒng)中的應用。因家用空調(diào)在制熱工況下室外蒸發(fā)器常常會結霜，而傳統(tǒng)的化霜是將四通閥換向，采用逆循環(huán)除霜，除霜時間約為11分鐘，室內(nèi)溫度波動較大；而電子膨脹閥在除霜期間閥口置全開的位置，并配以室內(nèi)風機開關占空比為0.5，室外風機全關控制，除霜時室內(nèi)溫度波動小，除霜時間減少到以前的一半，且室內(nèi)換熱器的送風溫度也不會降得太多，從而節(jié)約了除霜能耗及提高了室內(nèi)的舒適度。
采用電子膨脹閥來控制壓縮機排氣溫度，可以防止因排氣溫度的升高對系統(tǒng)性能產(chǎn)生的不利影響，同時可省去專設的安全保護器，節(jié)約成本，提高工作效率。采用電子膨脹閥的制冷系統(tǒng)，停機時令膨脹閥全關，防止冷凝器的高溫液體流入蒸發(fā)器，造成再次啟動時的能量損失；而在開機前，將膨脹閥全開，使系統(tǒng)高低壓側平衡，然后開機，這樣既實現(xiàn)了壓縮機的輕載啟動，又減少了壓縮機啟、停造成的熱損失，節(jié)省電費約6%左右。
在研究制冷系統(tǒng)的電子膨脹閥控制系統(tǒng)中，缺少控制器時電子膨脹閥的作用只能相當于毛細管，而電子膨脹閥作為產(chǎn)品出廠時常常沒有控制器，在實際應用中控制效果并不好。所以電子膨脹閥的流量調(diào)節(jié)特性與制冷系統(tǒng)的動態(tài)特性之間的協(xié)調(diào)和耦合，需要選用合適的控制方法來協(xié)調(diào)，方能實現(xiàn)控制目標。
制冷空調(diào)中最常用的是傳統(tǒng)PID控制方式。常規(guī)PID控制方式的特點是調(diào)節(jié)方式簡單，穩(wěn)定性好，可靠性高。但若其三個調(diào)節(jié)參數(shù)：比例系數(shù)Kp、微分時間常數(shù)Td、積分時間常數(shù)Ti選擇不當，易使控制系統(tǒng)發(fā)生振蕩。文中研究了不同調(diào)節(jié)參數(shù)對制冷系統(tǒng)啟動特性的影響，其實驗表明，若采用不合適參數(shù)，制冷機啟動后仍會處于振蕩狀態(tài)。通過大量的實驗和理論研究表明，制冷系統(tǒng)是一個變量之間相互耦合、影響因素多、工況多變化的大慣性非線性系統(tǒng)。針對這些情況，各公司研究開發(fā)出許多新型的智能化控制方法來彌補常規(guī)PID控制的缺陷，提高變負荷情況下系統(tǒng)參數(shù)的可控性。如：日立公司提出在壓縮機轉(zhuǎn)速變化過度階段將電子膨脹閥的PID控制中斷，當熱負荷降低時，過熱度若減小到零后根據(jù)時間以線性外推法引入一個負的假想的過熱度予以控制。開利公司提出，PID調(diào)節(jié)器不僅是蒸發(fā)器實際過熱度和目標過熱度的函數(shù)，而且還是實際過熱度變化率的函數(shù)，電子膨脹閥開度以三者關系確定調(diào)節(jié)規(guī)律。還有若干對PID控制方法進行修正的控制方法，比如極點配置PID調(diào)節(jié)、目標函數(shù)在線優(yōu)化PID調(diào)節(jié)、模型參考自適應模糊PID調(diào)節(jié)。隨著自動化技術及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，自適應控制理論、模糊控制及神經(jīng)網(wǎng)絡理論等已越來越多地應用到制冷空調(diào)領域。
在各種新引進的控制算法中，模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制理論以其特有的人工智能推理邏輯吸引了越來越多的學者對其進行了深入地研究并引入到制冷空調(diào)領域，成為了近期研究和應用的一個方面。與神經(jīng)網(wǎng)絡同屬人工智能控制理論的模糊理論，就是模仿人的思維方式和人的控制經(jīng)驗來實現(xiàn)智能控制的一種理論。相對模糊理論，神經(jīng)網(wǎng)絡控制理論的引入較晚。但它在制冷空調(diào)中具有廣闊的應用前景。神經(jīng)網(wǎng)絡控制是模仿人腦神經(jīng)的特點，通過“學習”、“記憶”、“判斷”、“聯(lián)想“等進行信息處理，能有效地提高了控制系統(tǒng)控制決策的正確性、系統(tǒng)控制的快速性、穩(wěn)定性和容錯性，并具有較強的自學習、自校正、自診斷功能，是目前發(fā)展較快的現(xiàn)代控制系統(tǒng)之一。
電子膨脹閥如何才能找到與被控對象特性相符合的控制方法，由于制冷空調(diào)系統(tǒng)具有復雜性、時變性和高度非線性的特點，而傳統(tǒng)的PID方法也很難達到現(xiàn)代控制品質(zhì)的要求。所以近年來，以人工神經(jīng)網(wǎng)絡為代表的現(xiàn)代人工智能技術在制冷空調(diào)行業(yè)中得到初步應用。采用現(xiàn)代人工智能技術來研究傳統(tǒng)理論以解決的實際問題，并與作為現(xiàn)代控制元件代表的電子膨脹閥相結合，已得到較好的實際效果。而現(xiàn)在智能模糊控制技術的應用在制冷系統(tǒng)中必然是很有發(fā)展前途。
電子膨脹閥的結構和動作：
在大金機組VRV系統(tǒng)中，將EBN型線性控制閥作為過熱度控制或過冷卻度控制的電子膨脹閥作用。在閥中，事業(yè)單相勵磁驅(qū)動脈沖馬達。接受2000PLS的信號時，將全開。齒輪的行程從全開到全閉為0。
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