CN113959080A - 用于空调机组的电子膨胀阀的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调技术领域，具体提供一种用于空调机组的电子膨胀阀的控制方法。旨在解决现有空调机组的电子膨胀阀的控制方式不佳而容易导致机组长时间处于震荡状态的问题。为此目的，本发明的空调机组包括电子膨胀阀和变频压缩机，本发明的控制方法包括：获取变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓；根据变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓，确定电子膨胀阀的调节周期；根据确定出的调节周期，控制电子膨胀阀的开度调节。基于上述控制方式，本发明能够根据机组特性确定出不同条件下的最佳调节周期，以使空调机组始终能够持续高效可靠的运行状态。

Description

用于空调机组的电子膨胀阀的控制方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，具体提供一种用于空调机组的电子膨胀阀的控制方法。

背景技术

在空调机组的运行过程中，电子膨胀阀的控制非常关键，直接影响着整个空调机组运行的可靠性及经济性。目前，空调机组制热时通过排气过热度或者目标排气温度值控制电子膨胀阀；其中，通过排气过热度来控制电子膨胀阀是较为常用的方法。

然而，由于空调机组的运行环境会出现温度极高或极低的时候，在此情况下，根据排气过热度控制的空调机组就会出现震荡，长时间不能稳定。目前，当实际排气过热度大于或小于目标过热度时，电子膨胀阀的开度会按照给定的逻辑(如PID或者Fuzzy)以固定的调节时间相应的开大或关小。此种控制方式能适用一定工况使空调机组稳定，但并不能适用于所有的工况，而且，机组长时间震荡，会影响机组运行的经济性、可靠性及舒适性。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有空调机组的电子膨胀阀的控制方式不佳而容易导致机组长时间处于震荡状态的问题。

本发明提供一种空调机组的电子膨胀阀的控制方法，所述空调机组包括变频压缩机，所述控制方法包括：

获取所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓；

根据所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓，确定所述电子膨胀阀的调节周期；

根据确定出的所述调节周期，控制所述电子膨胀阀的开度调节。

在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓，确定所述电子膨胀阀的调节周期”的步骤具体包括：

计算所述变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值；

根据所述变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值，确定第一系数；

根据所述变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值，确定第二系数；

根据所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率以及确定出的所述第一系数和所述第二系数，确定所述电子膨胀阀的调节周期。

在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率以及确定出的所述第一系数和所述第二系数，确定所述电子膨胀阀的调节周期”的步骤具体包括通过下式计算所述电子膨胀阀的调节周期：

其中，dt为所述电子膨胀阀的调节周期，c为所述变频压缩机的缸体比热容，M为所述变频压缩机的质量，dT为机组接受的温度变化量，f为所述变频压缩机的运行频率，e为所述第一系数，h为所述第二系数。

在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值，确定第一系数”的步骤具体包括通过下式计算所述第一系数e：

e＝a+c(hin-hout)

其中，hin为所述变频压缩机的进口比焓，hout为所述变频压缩机的出口比焓，a为第三系数，c为第四系数。

在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值，确定第二系数”的步骤具体包括通过下式计算所述第二系数h：

h＝b+d(hin-hout)

其中，hin为所述变频压缩机的进口比焓，hout为所述变频压缩机的出口比焓，b为第五系数，d为第六系数。

在上述控制方法的优选技术方案中，所述第三系数a和所述第五系数b通过下式确定：

W＝af+b

其中，W为所述变频压缩机的功率，f为所述变频压缩机的运行频率。

在上述控制方法的优选技术方案中，所述变频压缩机的功率通过下式计算得出：

其中，W为所述变频压缩机的功率，m为所述变频压缩机的冷媒流量，hds为所述变频压缩机按照等熵压缩的出口焓，hs为所述变频压缩机按照等熵压缩的进口焓，η_s为所述变频压缩机的等熵效率。

在上述控制方法的优选技术方案中，所述第四系数c和所述第六系数d通过下式确定：

m＝cf+d

其中，m为所述变频压缩机的冷媒流量，f为所述变频压缩机的运行频率。

在上述控制方法的优选技术方案中，所述变频压缩机的冷媒流量通过下式计算得出：

m＝fVρη

其中，m为所述变频压缩机的冷媒流量，f为所述变频压缩机的运行频率，V为所述变频压缩机的吸气容积；ρ为所述变频压缩机的吸气密度，η为所述变频压缩机的容积效率。

在上述控制方法的优选技术方案中，所述机组接受的温度变化量设定在1-2℃之间。

在采用上述技术方案的情况下，本发明的空调机组包括电子膨胀阀和变频压缩机，本发明的控制方法包括：获取所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓；根据所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓，确定所述电子膨胀阀的调节周期；根据确定出的所述调节周期，控制所述电子膨胀阀的开度调节。基于上述控制方式，本发明能够根据机组特性确定出不同条件下的最佳调节周期，以使所述空调机组始终能够持续高效可靠的运行状态。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明的电子膨胀阀的控制方法的主要步骤流程图；

图2是本发明的电子膨胀阀的控制方法的具体步骤流程图；

图3是变频压缩机的功率随频率变化的曲线图；

图4是变频压缩机的冷媒流量随频率变化的曲线图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。需要说明的是，在本优选实施方式的描述中，术语“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。尽管本申请中按照特定顺序描述了本发明的控制方法的各个步骤，但是这些顺序并不是限制性的，在不偏离本发明的基本原理的前提下，本领域技术人员可以按照不同的顺序来执行所述步骤。

具体地，本发明的空调机组包括室内机和室外机，所述室内机和所述室外机之间设置有冷媒循环回路，所述冷媒循环回路中流通有用于在室内和室外进行换热的冷媒，所述冷媒循环回路上设置有室内盘管、变频压缩机、四通阀、室外盘管和电子膨胀阀；所述室内盘管设置在所述室内机中，所述室外盘管设置在所述室外机中，冷媒通过所述冷媒循环回路在所述室内盘管和所述室外盘管之间不断循环流通以实现换热，所述四通阀换向时能够控制所述冷媒循环回路中的冷媒逆循环，以使所述空调机组在制冷工况和制热工况之间转换。需要说明的是，本发明不对所述空调机组的具体结构作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定；例如，可以是风冷机组，也可以是水冷机组；可以是多联机机组，也可以是一拖一机组。

进一步地，本发明的空调机组还包括控制器，所述控制器能够控制所述空调机组的运行状态，例如，控制所述电子膨胀阀的开闭状态及其开度等。本领域技术人员能够理解的是，本发明不对所述控制器的具体结构和型号作任何限制，并且所述控制器既可以是所述空调机组原有的控制器，也可以是为了执行本发明的电子膨胀阀的控制方法单独设置的控制器，技术人员可以根据实际使用需求自行设定所述控制器的结构和型号。

首先参阅图1，该图是本发明的电子膨胀阀的控制方法的主要步骤流程图。如图1所示，基于上述实施例中所述的空调机组，本发明的控制方法主要包括下列步骤：

S1：获取变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓；

S2：根据变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓，确定电子膨胀阀的调节周期；

S3：根据确定出的调节周期，控制电子膨胀阀的开度调节。

具体地，在步骤S1中，所述控制器获取所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓；接着，在步骤S2中，所述控制器能够根据所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓确定所述电子膨胀阀的调节周期。需要说明的是，本发明不对上述具体确定方式作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定；例如，可以通过预先绘制出的表格查询相应的对应关系以确定出所述电子膨胀阀的调节周期，也可以通过关系式直接计算出所述电子膨胀阀的调节周期。最后，所述控制器能够根据确定出的调节周期控制所述电子膨胀阀的开度调节，这种动态周期的设置能够有效适应机组在不同条件下的运行状态，以便有效避免机组容易在恶劣环境下长时间处于震荡状态的问题，进而有效保证所述空调机组的经济性、可靠性和舒适性。

下面参阅图2，该图是本发明的电子膨胀阀的控制方法的具体步骤流程图。如图2所示，基于上述实施例中所述的空调机组，本发明的优选实施例具体包括下列步骤：

S101：获取变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓；

S102：计算变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值；

S103：根据变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值，确定第一系数；

S104：根据变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值，确定第二系数；

S105：根据变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率以及确定出的第一系数和所述第二系数，确定电子膨胀阀的调节周期。

S106：根据确定出的调节周期，控制电子膨胀阀的开度调节。

在步骤S101中，所述控制器获取所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓；接着，在步骤S102中，计算所述变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值，以便确定所述第一系数和所述第二系数。

步骤S103具体包括通过下式计算所述第一系数e：

e＝a+c(hin-hout)

其中，hin为所述变频压缩机的进口比焓，hout为所述变频压缩机的出口比焓，a为第三系数，c为第四系数。

步骤S104具体包括通过下式计算所述第二系数h：

h＝b+d(hin-hout)

其中，hin为所述变频压缩机的进口比焓，hout为所述变频压缩机的出口比焓，b为第五系数，d为第六系数。

作为一种优选确定所述第三系数a和所述第五系数b的的方式，所述第三系数a和所述第五系数b通过下式确定：

W＝af+b

其中，W为所述变频压缩机的功率，f为所述变频压缩机的运行频率。

作为一种优选确定所述第四系数c和所述第六系数d的的方式，所述第四系数c和所述第六系数d通过下式确定：

m＝cf+d

其中，m为所述变频压缩机的冷媒流量，f为所述变频压缩机的运行频率。

作为另一种实施例，技术人员也可以先根据实验确定出一个标准频率的调节周期，以使所述空调机组能够在开机阶段稳定运行，再根本上述方式确定其他运行频率的调节周期，以便有效提升控制的准确性。

首先，以采用排气过热度控制电子膨胀阀开度的情形为例，通常是在一定的周期内以排气过热度偏差为基础来确定所述电子膨胀阀开大或者关小，所述电子膨胀阀的开度通过下式计算得出：

Leva＝Leva0+ΔLeva

其中，Leva为当前开度，Leva0为上一时刻开度，ΔLeva为根据目标过热度偏差确定出的偏差量。

目标过热度偏差通过下式计算得出：

ΔTdsh＝实际Tdsh－目标Tdsh；

其中，ΔTdsh为目标过热度偏差，实际Tdsh为实际过热度，目标Tdsh为目标过热度。

现有技术采用上述排气过热度的控制方式容易引起机组震荡的主要原因是机组的调节周期普遍采用固定的调节周期，然后机组最佳的调节周期往往与机组的运行状态密切相关，固定不变的调节周期难以适应机组不同的运行状态，从而导致机组容易长时间处于震荡状态的问题；基于此，本发明能够通过以下方式确定出最佳的动态调节周期，以使所述空调机组始终能够持续高效可靠的运行状态。

具体地，所述调节周期的具体推导过程如下：

其中，c为所述变频压缩机的缸体比热容，M为所述变频压缩机的质量，dT为机组接受的温度变化量，dt为所述电子膨胀阀的调节周期，W为所述变频压缩机的功率，m为所述变频压缩机的冷媒流量，hin为所述变频压缩机的进口比焓，hout为所述变频压缩机的出口比焓。

进一步地，所述变频压缩机的功率W是关于所述变频压缩机的运行频率f的函数，并且其可以近似采用线性函数表示两者的关系：

W＝g(f)≈af+b

其中，W为所述变频压缩机的功率，f为所述变频压缩机的运行频率，a为第三系数，b为第五系数。

进一步地，所述变频压缩机的冷媒流量m是关于所述变频压缩机的运行频率f的函数，并且其可以近似采用线性函数表示两者的关系：

m＝h(f)≈cf+d

其中，m为所述变频压缩机的冷媒流量，f为所述变频压缩机的运行频率，c为第四系数，d为第六系数。

因此，所述电子膨胀阀的调节周期dt可以采用下式表示：

将上述两个线性函数代入上式，可以得出：

在上式中，相对于变频压缩机的频率变化(一般为20hz-110hz)，所述空调机组在运行过程中，变频压缩机的进出口的比焓差变化较小，一般在20-30左右，因而可以当成常数。

基于此，可以令：

e＝a+c(hin-hout)

其中，e为第一系数，hin为所述变频压缩机的进口比焓，hout为所述变频压缩机的出口比焓，a为第三系数，c为第四系数。

h＝b+d(hin-hout)

其中，h为第一系数，hin为所述变频压缩机的进口比焓，hout为所述变频压缩机的出口比焓，b为第五系数，d为第六系数。

综合上述计算式，所述电子膨胀阀的调节周期dt就可以近似通过下式计算得出：

其中，c为所述变频压缩机的缸体比热容，M为所述变频压缩机的质量，dT为机组接受的温度变化量，f为所述变频压缩机的运行频率，e为所述第一系数，h为所述第二系数。

在上式中，所述变频压缩机的缸体比热容c和所述变频压缩机的质量M均是所述变频压缩机本身的物性参数；dT为机组接受的温度变化量，其为常数，优选设定在1-2℃之间。

对于任意变频压缩机，根据压缩机的流量特性和功率特性，就可以近似得出第三系数a、第五系数b、第四系数c和第六系数d。

作为一种示例，以典型的广三菱涡旋压缩机ANB78为例，如图3和4所示，图3中示出了所述变频压缩机的功率W和所述变频压缩机的运行频率f的关系，图4中示出了所述变频压缩机的冷媒流量m和所述变频压缩机的运行频率f的关系；由此可以确定出：第三系数a为132.48、第五系数b为﹣1014.6、第四系数c为0.0021和第六系数d为﹣0.0059。

优选地，为了方便程序控制，所述控制器可以不必在所述变频压缩机每次改变频率后都重新确定调节周期，其可以在所述空调机组的运行范围内，每间隔20-30Hz就按照以上方式重新计算一次调节周期，以便有效保证所述电子膨胀阀的调节过程在全工况范围内都能够稳定运行。

进一步地，为了使得控制结果更加精准，所述变频压缩机的冷媒流量m优选采用容积效率法进行计算，所述变频压缩机的功率W优选采用等熵效率法进行计算。当然，还需要说明的是，上述计算方式仅是一种优选技术方式，技术人员还可以根据实际使用需求自行选择其他计算方式，例如，还可以直接通过所述变频压缩机的电流和电压计算所述变频压缩机的功率W。

具体地，所述变频压缩机的冷媒流量通过下式计算得出：

m＝fVρη

其中，m为所述变频压缩机的冷媒流量，f为所述变频压缩机的运行频率，V为所述变频压缩机的吸气容积；ρ为所述变频压缩机的吸气密度，η为所述变频压缩机的容积效率。

所述变频压缩机的容积效率η可以由压缩机厂商提供的实验数据拟合得出，作为一种示例，其可以采用下式计算得出：

η＝av0+av1*Tau+av2*Nev/1000+av3*Pd+av4*ln(Ps)

其中，Tau为所述变频压缩机的压缩比，Nev为所述变频压缩机的转速，Pd为所述变频压缩机的排气压力，Ps为所述变频压缩机的吸气压力；av0、av1、av2、av3和av4均为拟合系数，技术人员可以根据压缩机的性能曲线数据拟合得出，还是以广三菱涡旋压缩机ANB78为例，其容积效率系数如下：

av0＝0.950296250

av1＝-0.007814143

av2＝0.010987348

av3＝-0.027627264

av4＝0.21736636388

所述变频压缩机的吸气密度ρ可以通过下式计算得出：

ρ＝(40.051*Ps-1.0135)+0.3137*(T-Ts)*(﹣1.2441*10^-5*Ps³+3.27*10^-4*Ps²-1.6732*10^-2*Ps-1.7883*10^-1)

其中，T为所述变频压缩机的吸气温度，Ts为与所述变频压缩机的吸气压力Ps相对应的饱和气体温度。

具体地，所述变频压缩机的功率W通过下式计算得出：

其中，W为所述变频压缩机的功率，m为所述变频压缩机的冷媒流量，hds为所述变频压缩机按照等熵压缩的压缩机出口焓，可以根据所述变频压缩机吸气的熵和排气压力计算得出；hs为所述变频压缩机按照等熵压缩的压缩机进口焓，可以根据所述变频压缩机排气的熵和吸气压力计算得出；η_s为所述变频压缩机的等熵效率。

所述变频压缩机的等熵效率η_s可以由下式计算得出：

η_s＝as0+as1*Tau+as2*Nev/1000+as3*Pd+as4*ln(Ps)

其中，Tau为所述变频压缩机的压缩比，Nev为所述变频压缩机的转速，Pd为所述变频压缩机的排气压力，Ps为所述变频压缩机的吸气压力；as0、as1、as2、as3和as4均为拟合系数，技术人员可以根据压缩机的性能曲线数据拟合得出，还是以广三菱涡旋压缩机ANB78为例，其容积效率系数如下：

as0＝0.740499626

as1＝-0.065282458

as2＝-0.014438758

as3＝0.066033946

as4＝-0.00624373523

此外，所述变频压缩机的进口比焓hin可以采用所述变频压缩机的吸气压力和吸气温度计算得出，所述变频压缩机的出口比焓hout可以采用所述变频压缩机的排气压力和排气温度计算得出。

作为一种计算气体比焓的方式，对于任意压力为P、温度为T的气体而言，其比焓：

h＝hvs+a0+a1*(T+273.15)/(Ts+273.15)+a2*P/1000+a3*(P/1000)^2+a4*(T+273.15)/(Ts+273.15)*P/1000+a5*(T+273.15)/(Ts+273.15)^2+a6*(T+273.15)/(Ts+273.15)^3

其中，a0＝﹣7193.961732；a1＝19622.709195；a2＝﹣94.704450；a3＝0.389046；a4＝94.665122；a5＝﹣17960.594235；a6＝5530.407319；

hvs为与压力P相对应的饱和气体比焓：

hvs＝1.1968310788*10^-9*P^3－1.1117338854*10^-5*P^2+2.8248788070*10^-2*P+4.0484133760*10²

Ts为与压力P相对应的饱和气体温度：

Ts＝－6.45972*10^-6*p^2+4.76583*10^-2*p－3.58652*10

其中，P的单位为kPa；T和Ts的单位℃；h的单位kj/kg。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于空调机组的电子膨胀阀的控制方法，所述空调机组包括变频压缩机，其特征在于，所述控制方法包括：

获取所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓；

根据所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓，确定所述电子膨胀阀的调节周期；

根据确定出的所述调节周期，控制所述电子膨胀阀的开度调节。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，“根据所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率、进口比焓和出口比焓，确定所述电子膨胀阀的调节周期”的步骤具体包括：

计算所述变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值；

根据所述变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值，确定第一系数；

根据所述变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值，确定第二系数；

根据所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率以及确定出的所述第一系数和所述第二系数，确定所述电子膨胀阀的调节周期。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，“根据所述变频压缩机的缸体比热容、质量、运行频率以及确定出的所述第一系数和所述第二系数，确定所述电子膨胀阀的调节周期”的步骤具体包括通过下式计算所述电子膨胀阀的调节周期：

其中，dt为所述电子膨胀阀的调节周期，c为所述变频压缩机的缸体比热容，M为所述变频压缩机的质量，dT为机组接受的温度变化量，f为所述变频压缩机的运行频率，e为所述第一系数，h为所述第二系数。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，“根据所述变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值，确定第一系数”的步骤具体包括通过下式计算所述第一系数e：

e＝a+c(hin-hout)

其中，hin为所述变频压缩机的进口比焓，hout为所述变频压缩机的出口比焓，a为第三系数，c为第四系数。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，“根据所述变频压缩机的进口比焓和出口比焓的差值，确定第二系数”的步骤具体包括通过下式计算所述第二系数h：

h＝b+d(hin-hout)

其中，hin为所述变频压缩机的进口比焓，hout为所述变频压缩机的出口比焓，b为第五系数，d为第六系数。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述第三系数a和所述第五系数b通过下式确定：

W＝af+b

其中，W为所述变频压缩机的功率，f为所述变频压缩机的运行频率。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述变频压缩机的功率通过下式计算得出：

其中，W为所述变频压缩机的功率，m为所述变频压缩机的冷媒流量，hds为所述变频压缩机按照等熵压缩的出口焓，hs为所述变频压缩机按照等熵压缩的进口焓，η_s为所述变频压缩机的等熵效率。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述第四系数c和所述第六系数d通过下式确定：

m＝cf+d

其中，m为所述变频压缩机的冷媒流量，f为所述变频压缩机的运行频率。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述变频压缩机的冷媒流量通过下式计算得出：

m＝fVρη

其中，m为所述变频压缩机的冷媒流量，f为所述变频压缩机的运行频率，V为所述变频压缩机的吸气容积；ρ为所述变频压缩机的吸气密度，η为所述变频压缩机的容积效率。

10.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述机组接受的温度变化量设定在1-2℃之间。

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