PWM調(diào)速風(fēng)機(jī)電機(jī)優(yōu)化制冰機(jī)控制系統(tǒng)

陳秀麗

摘 要：本文介紹了小型制冰機(jī)制冰時工作狀況，在小型制冰機(jī)系統(tǒng)中，隨著蒸發(fā)器冰柱上冰塊厚度增加，熱交換的性能下降，使得制冰系統(tǒng)負(fù)荷降低，制冰過程成為一個變負(fù)荷的過程；這樣，需要根據(jù)制冰系統(tǒng)的負(fù)荷狀況，實際檢測冷凝器盤管的溫度變化，通過對風(fēng)機(jī)的PWM調(diào)速，控制冷凝器制冷劑的溫度，提高換熱效果，降低壓縮機(jī)能耗，提高制冰效率，實現(xiàn)制冰機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化控制，提高制冰機(jī)運(yùn)行效率，實現(xiàn)高效節(jié)能的制冰機(jī)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：制冰機(jī) PWM控制 冷凝器

中圖分類號：TU834 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）02（a）-0084-02

小型制冰機(jī)的結(jié)構(gòu)一般比較緊湊，通常采用浸水式制冰方式，就是將蒸發(fā)器的制冰柱浸入冰水之中，其控制系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、風(fēng)機(jī)、毛細(xì)管、蒸發(fā)器和電磁閥等部件組成，制冰機(jī)的工作原理如圖1所示，是由壓縮機(jī)將制冰劑壓縮成高溫高壓蒸汽，通過冷凝器向空氣放熱后，制冰劑冷凝成低溫高壓液體，再經(jīng)過毛細(xì)管節(jié)流膨脹，變?yōu)榈蜏氐蛪阂后w，然而流入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器上有很多柱體，因為柱體浸入制冰盒的冰水之中，與環(huán)繞柱體的冰水產(chǎn)生熱交換，蒸發(fā)成高溫低壓的氣體，又回流到壓縮機(jī)，不斷重復(fù)以上過程；另一方面，環(huán)繞在蒸發(fā)器柱體外部的水與蒸發(fā)器內(nèi)部的低溫制冷劑換熱，使水溫降低，當(dāng)水溫下降到冰點溫度時，因而凝結(jié)成冰，冰層慢慢變厚，隨著時間的推移，冰層的厚度慢慢增加，達(dá)到所需厚度的冰塊，此時開啟電磁閥，使蒸發(fā)器受熱，冰塊加熱后會脫離制冰柱，控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)動制冰盒，將冰和水一起倒入儲冰盒中進(jìn)行冰與水的分離，由此，產(chǎn)生了一次的制冰量。

1 冷凝器工作因素

壓縮機(jī)將制冷劑壓縮為高溫高壓的蒸汽，需要通過冷凝器冷卻，進(jìn)入冷凝器前制冷劑的溫度較高，大約為80℃，流出冷凝器時大約在50多度液態(tài)，溫度有一定的下降差值，所以在冷凝管流動過程中，從入口的過熱區(qū)變到出口的過冷區(qū)，有一段相變過程，即中間段出現(xiàn)汽態(tài)和液態(tài)的混合，假如冷凝器出口制冷劑的溫度較高，蒸發(fā)器就不能夠?qū)⒗淞砍浞职l(fā)出來，會有液態(tài)制冷劑流入壓縮機(jī)，這樣會增加壓縮機(jī)的功率，耗能增大，系統(tǒng)效率下降，所以一般來說冷凝溫度需要控制在30℃～65℃，因此冷凝器的換熱性能決定以整個冷凝器的性能，然而風(fēng)機(jī)的風(fēng)速直接影響冷凝器的換熱能力，如何通過控制電機(jī)的風(fēng)速，從而控制冷凝器的換熱效果和制冷劑在冷凝器出口的溫度對整個制冰機(jī)的工作效率和制冰速度及制冰量有著至關(guān)重要的影響。

2 制冰的效率

另外，每次制冰過程中，剛開始時，水環(huán)繞蒸發(fā)器的冰柱，換熱效果好，但隨著冰層的厚度不斷增加，蒸發(fā)器的傳熱性能開始下降，這樣制冰系統(tǒng)的負(fù)荷也就降低，因此制冰機(jī)工作時是一個變負(fù)荷的過程，使得制冰機(jī)大部分時間處于低負(fù)荷狀態(tài)，運(yùn)行效率較低，能耗提高。

對于傳統(tǒng)的制冰機(jī)采用風(fēng)機(jī)定速散熱，難以適合這種變負(fù)荷的系統(tǒng)，造成大量能量浪費，所以我們需要針對負(fù)荷的改變及時調(diào)節(jié)溫度，改變制冷量，也就是利用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，對制冰機(jī)的能量進(jìn)行調(diào)節(jié)，高效快速的將水凝結(jié)成冰，提高制冰機(jī)的效率，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。

3 風(fēng)機(jī)PWM控制原理

傳統(tǒng)制冰機(jī)的風(fēng)機(jī)電機(jī)直流電壓不變，電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定，通常采用開和關(guān)簡單控制，這樣，冷凝器出口制冷劑的溫度會出現(xiàn)過冷和過熱現(xiàn)象，使制冰效果不穩(wěn)定。假如，風(fēng)機(jī)電機(jī)采用PWM調(diào)速，在小型制冰機(jī)控制系統(tǒng)中，具有控制方便，調(diào)速范圍大，響應(yīng)速度快的特點，在制冰機(jī)系統(tǒng)中易于控制。

直流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性：

（1）

式中：Ce電動勢常數(shù)，每一磁極總磁通量，U電樞端電壓，Ia電樞電流，Ra電樞電路總電阻。

PWM調(diào)速：如圖2所示。

電樞電壓平均值：

（2）

電壓與占空比成線性關(guān)系，當(dāng)PWM波頻率達(dá)到1kHz左右時，電機(jī)運(yùn)行比較平穩(wěn)，這樣，通過調(diào)節(jié)占空比可以方便地調(diào)節(jié)電樞電壓，從而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n。

檢測冷凝器盤管溫度，根據(jù)負(fù)荷的狀況和已制冰的時間，可以隨時調(diào)整PWM占空比，改變風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，改善冷凝器的傳熱速度，控制冷凝器制冷劑的溫度，調(diào)節(jié)制冰速率，從而降低電機(jī)能耗，優(yōu)化制冰機(jī)系統(tǒng)的控制。

4 結(jié)語

小型制冰機(jī)的制冰過程是一個變負(fù)荷的過程，在實際制冰過程中，需要檢測冷凝器盤管的溫度，通過PWM方式控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變冷凝器換熱，可以減少壓縮機(jī)的能耗，提高制冰機(jī)效率和冰層的質(zhì)量，實現(xiàn)整個制冰機(jī)系統(tǒng)的性能優(yōu)化，實現(xiàn)高效節(jié)能的制冰系統(tǒng)。

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