CN110736275A - 一种最优化制冷系统效率的变频风机的调速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种最优化制冷系统效率的变频风机的调速控制方法，其技术方案要点是，①对于变频驱动的压缩机，采用压缩机转速V_{run_comp}(Hz或者rpm)作为输入参数，对于带有滑阀位置指示装置的压缩机，根据压缩机负载百分比V_{run_comp}(％)作为输入参数，基于压缩机转速(Hz或者rpm)或者压缩机负载百分比V_{run_comp}(％)来决定变频风机的风机速度fs_{_run_Hz}；②风机速度fs_{_run_Hz}和压缩机转速(Hz或者rpm)或者压缩机负载百分比V_{run_comp}(％)之间采用最简洁的线性公式来关联二者；③采用风机速度函数fs_{_EQ}和负载因子f_{_coil_load}定义风机速度fs_{_run_Hz}与压缩机转速(Hz或者rpm)或者压缩机负载百分比V_{run_comp}(％)之间的关系，使得风机在此是转速下运行时，制冷系统的效率是最优的；④风机速度函数fs_{_EQ}中，风机速度fs_{_run_Hz}与压缩机转速成正比。

Description

一种最优化制冷系统效率的变频风机的调速控制方法

技术领域

本发明涉及制冷系统调速控制方法技术领域，特别涉及一种最优化制冷系统效率的变频风机的调速控制方法。

背景技术

最基本的制冷系统包含压缩机，蒸发器，冷凝器，冷凝器上安装有变频风机，风机采用变频器驱动。风机变频器输出给定频率的供电电源给到风机，不平的频率下风机的转速是不同的。现有技术中对于风机转速调节的控制方法的精度没有达到较高的程度，在风机运行过程中，容易出现制冷效率无法达到最优化状态的情况，系统运行过程中所产生的损耗较大。

因而需要提出一种能够欧根据压缩机转速(Hz或者rpm)或者压缩机负载百分比(％)的最优化制冷系统运行效率的变频调速风机的控制方法，该变频风机控制方法是直接采用压缩机的运转速度和压缩机的负载来决定最优的风机运行速度，该控制方法同时关联有风机数量、压缩机相对排量参数，通过线性关联式控制风机转速随压缩机运转速度和负载百分比的变化，调节线性关联式的斜率和截距的系数值，可以改变风机的运转速度，达到最优化制冷系统效率的风机转速调节。

发明内容

本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种最优化制冷系统效率的变频风机的调速控制方法。

技术效果：本发明提出了一种根据压缩机转速(Hz或者rpm)或者压缩机负载百分比(％)的最优化制冷系统运行效率的变频调速风机的控制方法，该变频风机控制方法是直接采用压缩机的运转速度和压缩机的负载来决定最优的风机运行速度，该控制方法同时关联有风机数量、压缩机相对排量参数，通过线性关联式控制风机转速随压缩机运转速度和负载百分比的变化，调节线性关联式的斜率和截距的系数值，可以改变风机的运转速度，达到最优化制冷系统效率的风机转速调节。

本发明进一步限定的技术方案是：一种最优化制冷系统效率的变频风机的调速控制方法，包括压缩机、变频风机，所述控制方法包括：

①对于变频驱动的压缩机，采用压缩机转速V_{run_comp}(Hz或者rpm)作为输入参数，对于带有滑阀位置指示装置的压缩机，根据压缩机负载百分比V_{run_comp}(％)作为输入参数，基于压缩机转速(Hz或者rpm)或者压缩机负载百分比V_{run_comp}(％)来决定变频风机的风机速度fs_{_run_Hz}。

②风机速度fs_{_run_Hz}和压缩机转速(Hz或者rpm)或者压缩机负载百分比V_{run_comp}(％)之间采用最简洁的线性公式来关联二者。

③采用风机速度函数fs_{_EQ}和负载因子f_{_coil_load}定义风机速度fs_{_run_Hz}与压缩机转速(Hz或者rpm)或者压缩机负载百分比V_{run_comp}(％)之间的关系，使得风机在此是转速下运行时，制冷系统的效率是最优的。

④风机速度函数fs_{_EQ}中，风机速度fs_{_run_Hz}与压缩机转速成正比。

进一步的，所述风机速度函数fs_{_EQ}中关联变量：风机数量n_{_fans}、压缩机相对排量Qv_{_comp}，在风机速度函数fs_{_EQ}中，所述风机速度fs_{_run_Hz}与压缩机排气量Qv_{_comp}成正比，与制冷系统中的风机数量n_{_fans}成反比。

进一步的，在极限运行工况下，如改变环境温度，改变冷冻水温度的大压差，小压差，高负载，低负载运行时，设置有供油压力和吸气压力的差值油压差ΔP_{oil_suct}保护、排气压力和吸气压力的差值吸排气压差ΔP_{dsch_suct}保护以及排气压力过高保护P_{dsch_high_limit}，在优化效率的风机控制算法的基础上，略微调整风机速度保证足够的供油压差，吸排气压差以及避免排气压力过高故障。

进一步的，根据油压差低限值与实际制冷系统运行的油压差之间的偏差值来调整风机速度函数fs_{_EQ}，进而调整风机速度fs_{_run_Hz}；根据吸排气压差低限值与实际制冷系统运行的吸排气压差之间的偏差值来调整风机速度函数fs_{_EQ}，进而调整风机速度fs_{_run_Hz}。

进一步的，吸排气压差低限值与压缩机转速呈线性反比关闭，在更高的压缩机转速下，吸排气压差低限值降低。

本发明的有益效果是：一种根据压缩机转速(Hz或者rpm)或者压缩机负载百分比(％)的最优化制冷系统运行效率的变频调速风机的控制方法，该变频风机控制方法是直接采用压缩机的运转速度和压缩机的负载来决定最优的风机运行速度，该控制方法同时关联有风机数量、压缩机相对排量参数，通过线性关联式控制风机转速随压缩机运转速度和负载百分比的变化，调节线性关联式的斜率和截距的系数值，可以改变风机的运转速度，达到最优化制冷系统效率的风机转速调节。

附图说明

图1是实施例1中风机和压缩机带变频驱动的制冷系统图；

图2是实施例1中风机带变频驱动的制冷系统图；

图3是实施例1中35℃NPLV部分负载效率和优化的风机频率示意图；

图4是实施例1中35℃IPLV部分负载效率和优化的风机频率示意图；

图5是实施例1中测试最有效率对应的风机转速和实际控制风机转速示意图；

图6是实施例1中风机速度方程计算值示意图；

图7是实施例1中油压差过低风机调速控制的示意图；

图8是实施例1中吸排气压差过低风机调速控制示意图；

图9是实施例1中吸排气压差低限保护值的示意图。

图中，1、压缩机；2、压缩机变频启动柜；3、主板；4、变频器；5、滑阀位置传感机构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：一种最优化制冷系统效率的变频风机的调速控制方法，制冷系统原理图如图1和图2所示，如果压缩机为变频压缩机，则压缩机采用变频驱动器来启动和控制，压缩机变频启动柜和主板之间进行通讯，压缩机转速信号作为主板和压缩机变频启动柜之间的通讯信号进行互相传递；风机为变频风机，采用风机变频器来启动和控制风机转速，风机变频器和主板之间进行通讯，风机转速信号作为主板和压缩机变频柜之间的通讯信号进行互相传递。主板收集压缩机变频柜输出的压缩机转速信号，系统配置的风机数量信息，压缩机相对排量信息，通过控制方法计算得到风机最优化的运行速度，并通过主板和风机变频器之间的通讯将风机速度信号指令传递给风机变频器，则风机变频器按照指令设定风机运转频率和速度。

图2中，如果压缩机为滑阀结构的螺杆压缩机，则螺杆压缩机的分级滑阀位置传感机构会将滑阀位置百分比数据信号传递给主板，作为输入信号，通过算法计算得到最优化的风机运转速度。

基于部分负载的制冷系统的测试数据，确认线性关联式中的系数值，在极限运行工况下，需要有三重保护保证制冷系统稳定运行，分别是低供油压差保护，低吸排气压差保护，高排气压力保护。目的是在最优化制冷系统的运行效率的同时，在极限的低压差，高压差，高环温和低环温运行工况下提供风机转速的平稳调节保证制冷系统稳定的同时使制冷系统运行极其稳定。

具体的控制方法通过以下列出的(一)至(四)给出。

(一)压缩机转速和负载百分比来决定变频风机的运行转速：

f_{_coil_load}＝Qv_{_comp}·(V_{run_comp}/V_{_max_comp})·(5/n_{_fans}) (1)

fs_{_run_Hz}＝(5×fs_{_EQ}+1)/6×fs_{_max_Hz} (3)

其中，f_{_coil_load}：风冷冷凝器的负载因子，无量纲参数；V_{run_comp}：变频压缩机的实际运行速度，Hz或rpm；或者压缩机的实际滑阀位置百分比(0％为完全卸载，100％为满载)，％；V_{max_comp}：变频压缩机额定最高运行速度，Hz或rpm；或者压缩机的满载滑阀位置(100％为满载)；Qv_{_comp}：压缩机理论排量相对值，基准压缩机排量为1.0，则基于基准型号压缩机的排量的比值；n_{_fans}：各独立的制冷系统中的风机数量；fs_{_EQ}：基于压缩机转速的风机速度函数，计算值为0～1之间的数值；fs_{_SLP}：风机速度方程斜率值；fs_{_INT}：风机速度方程截距值；fs_{_MLT}：风机速度方程增量；fs_{speed_max}：最大风机速度百分比，可设定值为50％～100％，默认设置为100％；fs_{_run_Hz}：风机运行频率，基于风机速度方程fs_{_EQ}计算，当fs_{_EQ}等于1时，风机运行频率等于最大运行频率50Hz；fs_{_max_Hz}：风机最大运行频率，Hz，默认工频50Hz风机供电；如图3所示，图3是在35℃定环境温度的NPLV部分负载工况下的试验验证。从制冷量100％～30％降低，每隔10％测试一个工况，在所有部分负载运行工况下，保持35℃环境温度不变，保持7℃冷冻出水温度和满负荷冷冻水流量不变，每一个部分负载工况点进行改变风机转速的扫频性能测试，每个风机扫频测试数据点，采用每间隔1～2Hz，手动调节改变风机转速从50Hz逐步降低到24Hz，测试每个风机转速下的制冷系统机组运行效率COP。

如图4所示，图4为35℃标准IPLV部分负载工况下的试验验证。测试制冷量100％，75％，50％，25％四个工况点，在各个测试工况点的环境温度分别是35℃，31.5℃，28.5℃，24.5℃，环境温度随着负载的降低逐级降低，保持7℃冷冻出水温度和满负荷冷冻水流量不变，每一个部分负载工况点进行改变风机转速的扫频性能测试，每个风机扫频测试数据点，采用每间隔1～2Hz，手动调节改变风机转速从50Hz逐步降低到24Hz，测试每个风机转速下的制冷系统机组运行效率COP。

如图3及图4所示，实线所示为各部分负载工况下制冷系统的COP随风机转速的变化曲线，各条曲线均为二次函数曲线，每条曲线有一个峰值效率点，对应最优的风机运行频率。虚线连接的7个数据点是变频风机转速控制逻辑进行自动控制的风机转速下制冷系统的COP，对应横坐标为优化效率的自动控制的风机转速，对应纵坐标为机组的COP。可以看到，采用此优化制冷系统性能的变频风机控制逻辑可以调节最优的风机运行转速，使制冷系统的效率点基本落在每条曲线的峰值点附近。

如图5所示，将IPLV降低环境温度的部分负载和NPLV不变环境温度的部分负载的每个工况点的最优制冷系统运行效率对应的风机运转速度，标识在图中，分别是图中两条虚线曲线，无论环境温度，在部分负荷时，最优效率对应的风机运转速度和压缩机速度呈一条线性变化规律。图中实线所示即优化效率自动控制的风机转速。

如图6所示，最优效率的变频风机控制方法同时可以关联风侧冷凝器的风机数量和压缩机的相对排量，可以适用于所有系列化设计的各个冷量型号的制冷系统设计。当采用5风机设计，7风机设计，9风机设计时，负载因子，速度函数以及控制的风机运转速度随压缩机转速的线性曲线的斜率和截距都有所不同，可以根据实测数据改变fs_{_SLP}和fs_{_INT}的设定值，同样也可以改变曲线的斜率和截距，使风机控制的速度曲线和制冷系统最优运行效率所要求的风机速度曲线保持一致，那么制冷系统的控制效率一定是最优的。

(二)当出现供油压差过低时，调节风机速度保证足够的供油压差和制冷系统稳定运行：

当供油压力和吸气压力之差ΔP_{oil_suct}仅小于(最小油压差设定值ΔP_{_min_oil_suct}+5psi)时，速度函数fs_{_EQ}减小0.05，风机转速降低最大2.1Hz；随着油压差ΔP_{oil_suct}每提高1Psi，速度函数fs_{_EQ}增大0.01，风机转速可提高0.42Hz。直至油压差ΔP_{oil_suct}提高至比最小油压差设定值ΔP_{_min_oil_suct}高出10psi以上时，才按照基于压缩机转速的风机速度函数来调节风机速度。这一控制的目的是为了通过降低风机的转速提高冷凝压力、压缩机排气压力和供油压力，进而保证足够的螺杆压缩机转子压差供油润滑的目的。

如图6所示，当风机转速为50Hz时，风机控制保护供油压差过低时，调节速度函数和风机转速。

ΔP_{oil_suct}＝P_oil-P_suc (5)

其中：ΔP_{oil_suct}：压缩机供油压力和吸气压力之差，psig；P_oil：压缩机供油压力，psig；P_suct：压缩机的吸气压力，psig；ΔP_{_min_oil_suct}：最低设计允许的压缩机供油压差值，psig，默认设置为30psig。

(三)当吸排气压差过低时，调节风机速度保证足够的吸排气压差，排气过热度和供油压差以及制冷系统稳定运行：

ΔP_{dsch_low_limit}＝ΔP_{min_dsch_suct}×(V_{run_comp}/V_{_max_comp}) (7)

ΔP_{dsch_suct}＝P_dsch-P_suc (8)

其中：ΔP_{dsch_suct}：压缩机吸排气压力差，psig；ΔP_{dsch_low_limit}：压缩机吸排压差低限值，与压缩机运行频率成正比；ΔP_{min_dsch_suct}：最低设计允许的压缩机吸排气压差值，psig；可设定值为40psig～60psig，默认设置为60psig；ΔP_{dsch_suct}：压缩机实际运行的吸排气压差值，psig；P_suct：压缩机的吸气压力，psig；P_dsch：压缩机的排气压力，psig；

如图8及图9所示，压缩机吸排气压差保护值是随压缩机转速降低而降低的，压缩机转速低，制冷系统的吸排气压差响应的减小，因此吸排气压差的保护值响应的降低以保证平缓的风机控制和制冷系统运行稳定。在控制方法中吸排气压差保护有以下几方面的考虑：(1)由于压缩机的供油压力是略低于排气压力的，保证足够的吸排气压差，同时也是保证足够的供油压差，那么压缩机转子腔的密封、润滑、冷却、降噪用的润滑油的供给量可以得到保证，压缩机运行稳定性得到保证，在上面的一条中有油压差保护，但上面的保护是一个固定值，当压缩机转速降低或者滑阀卸载的时候，压缩机的排气量显著降低，那么排气压力和吸排气压差(或油压差)也一定是降低的，对润滑油的供给量要求也相应降低，因此采用降低的保护值，风机的速度可以最大化的按照最优效率计算得到的风机运转速度来运转，制冷系统的效率是最优的。这个保护值需要根据试验确定，都是可以进行设定的，在保证压缩机的保护完善的基础上，最大化的提高机组的运行效率。(2)排气压差保护同时也是保证在各种环境温度和水温以及压缩机负载工况下，蒸发器的吸气带液量得到控制，排气过热度和油分分离效率得到保证，当吸排气压差降低，那么风机速度将相应的需要降低以降低冷凝传热系数和冷凝压力，压差提高有利于提高排气过热度，油分离器的效率提高，蒸发器的性能提高，吸气带液量减小，当压缩机载荷降低或者转速降低时，电机效率降低，吸气过热度增大，因此可以适当的减小吸排气压差的设计值。

(四)当出现排气压力过高时，调节风机速度保证排气压力低于排气压力过高限值以及保证制冷系统稳定运行：

其中：P_{dsch_high_limit}：压缩机排气压力过高限值，默认设置为212psig。

考虑到所有控制保护后的最终的风机速度由公式(10)计算得到。

fs_{_run_Hz}＝(5×fs_{_EQ_limit}+1)/6×fs_{_max_Hz} (10)

上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种最优化制冷系统效率的变频风机的调速控制方法，包括压缩机、变频风机，其特征在于，所述控制方法包括：

①对于变频驱动的压缩机，采用压缩机转速V_{run_comp}(Hz或者rpm)作为输入参数，对于带有滑阀位置指示装置的压缩机，根据压缩机负载百分比V_{run_comp}(％)作为输入参数，基于压缩机转速(Hz或者rpm)或者压缩机负载百分比V_{run_comp}(％)来决定变频风机的风机速度fs_{_run_Hz}；

②风机速度fs_{_run_Hz}和压缩机转速(Hz或者rpm)或者压缩机负载百分比V_{run_comp}(％)之间采用最简洁的线性公式来关联二者；

③采用风机速度函数fs_{_EQ}和负载因子f_{_coil_load}定义风机速度fs_{_run_Hz}与压缩机转速(Hz或者rpm)或者压缩机负载百分比V_{run_comp}(％)之间的关系，使得风机在此是转速下运行时，制冷系统的效率是最优的；

④风机速度函数fs_{_EQ}中，风机速度fs_{_run_Hz}与压缩机转速成正比。

2.根据权利要求1所述的一种最优化制冷系统效率的变频风机的调速控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

所述风机速度函数fs_{_EQ}中关联变量：风机数量n_{_fans}、压缩机相对排量Qv_{_comp}，在风机速度函数fs_{_EQ}中，所述风机速度fs_{_run_Hz}与压缩机排气量Qv_{_comp}成正比，与制冷系统中的风机数量n_{_fans}成反比。

3.根据权利要求1所述的一种最优化制冷系统效率的变频风机的调速控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

在极限运行工况下，如改变环境温度，改变冷冻水温度的大压差，小压差，高负载，低负载运行时，设置有供油压力和吸气压力的差值油压差ΔP_{oil_suct}保护、排气压力和吸气压力的差值吸排气压差ΔP_{dsch_suct}保护以及排气压力过高保护P_{dsch_high_limit}，在优化效率的风机控制算法的基础上，略微调整风机速度保证足够的供油压差，吸排气压差以及避免排气压力过高故障。

4.根据权利要求3所述的一种最优化制冷系统效率的变频风机的调速控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

根据油压差低限值与实际制冷系统运行的油压差之间的偏差值来调整风机速度函数fs_{_EQ}，进而调整风机速度fs_{_run_Hz}；根据吸排气压差低限值与实际制冷系统运行的吸排气压差之间的偏差值来调整风机速度函数fs_{_EQ}，进而调整风机速度fs_{_run_Hz}。

5.根据权利要求4所述的一种最优化制冷系统效率的变频风机的调速控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

吸排气压差低限值与压缩机转速呈线性反比关闭，在更高的压缩机转速下，吸排气压差低限值降低。

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