时间:2023-11-13 13:35:21
【关键词】变频空调器;模糊控制;展望
引 言
随着世界范围内能源危机的到来,各国政府都在为经济的可持续发展积极地推广节能降耗技术。作为家庭用电的主要设备,传统空调器由于其运行效率低下正在逐渐退出市场,而变频空调器(Inverter Room Air Conditioner,MAC)是制冷理论、热动力学、电机驱动技术、电力电子技术、微电子技术和智能控制理论交叉发展应用的产物,由于其高效节能和实现智能化控制的优异特性,使之成为家用空调器的主要发展方向。变频空调器的空气调节效果虽然比传统定速空调器有所提高,但变频空调器容易控制、反应快、高效节能等特点并没有完全展现出来。智能控制方法的出现打破了传统控制的模型限制,将模糊控制技术应用于变频空调器中,使空调性能更为优越。可以说控制系统是整个变频空调器的心脏,研究变频空调器的模糊控制技术,对变频空调器的节能运行至关重要。
1、变频空调器模糊控制技术
1.1 模糊控制。模糊控制(Fuzzy Control,FZ)是模糊逻辑控制的简称,是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。它实质上是一种非线性控制,采用具有以知识表示的非数学广义世界模型和数学公式模型表示的混合控制过程,也往往是含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的非数学过程,并以知识进行推理,以启发来引导求解过程。模糊控制属于智能控制的范畴。
1.2 参数自调整模糊控制。参数自整定模糊控制根据控制系统的性能来在线地调整控制系统的比例因子Ke、Kec和Ku,使它们保持合适的数值,从而使系统的性能达到令人满意的水平。这种控制方法较之常规的固定比例因子的模糊控制方法,对环境变化有较强的自适应能力,在随机环境中能对控制器进行自动校正,使得在被控对象特性变化或扰动情况下,控制系统保持较好的性能。
1.3 加权参数自调整模糊控制。基于参数自调整模糊控制的思想,在模糊控制器的输入端前面增加三个系统状态的判断模块,判断系统当时所处状态,根据系统所处的不同误差区间,采用不同的控制规则算法,从而保证在系统的整个工作区间,自调整量化因子和比例因子。
1.4 模型参考模糊自适应控制系统(MRST)。基于T-S模糊模型设计模糊自适应机构,用参考模型产生期望的输出时域响应(目标),采用信号综合方法,将模糊自适应机构的输出作用于受控子系统,构成模型参考模糊自适应控制系统。它由参考模型、受控子系统、模糊自适应机构三部分组成。参考模型用来产生期望的输出时域响应。受控子系统是一个包含对象在内的闭环控制系统。模糊自适应机构根据参考模型输出与受控子系统输出之差及其变化率,产生一个模糊自适应信号,作用于受控子系统,使其输出趋于参考模型输出[1]。
1.5 模糊滑模变结构控制。为了克服由于交流电机多变量耦合、非线性、参数变化对系统动态性能的影响,引入滑模变结构控制来调节转速。滑模变结构控制是为控制系统预先在状态空间设计一个特殊的开关面,在系统变量从起始点运动到开关面之前,控制回路的结构维持固定,当到达开关面后,开始自适应的调整控制规律,不断地改变控制结构,使系统的状态沿着这个特定的开关面或它的邻域向系统平衡点滑动,最后渐进稳定到平衡点或平衡点的某个允许的邻域内。熊祥等人[2]提出了在常规的滑模控制律的基础上加入模糊控制来自动调节滑模的切换增益,从而完成变频的目的。
2、变频空调器复合模糊控制技术
2.1 Fuzzy-PID复合控制。Fuzzy(模糊)控制器有更快的响应和更小的超调,对过程参数的变化也不敏感,具有很强的鲁棒性,可以克服非线性因素的影响,但由于存储量的影响,在控制精度方面,模糊控制没有PID控制理想。因此如果采用模糊控制与经典PID控制相结合的控制策略,使系统既有PID控制的精度高的特点,又具有模糊控制的灵活、适应性强的特点。王兴贵等[3]引入智能积分微分Fuzzy-PID复合控制器来提高系统动态精度。同时还发现采用Fuzzy-PID复合控制器能使系统具有较强的控制能力和较宽的适应范围。
2.2 基于模糊控制的空间矢量调制(SVPWM)技术。空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)自德国学者H. W. Vander Broeck等人提出,该技术的原则是使逆变器瞬时输出三相脉冲电压合成的电压空间矢量与期望输出的三相正弦波电压所合成的电压空间矢量相等。它是PWM的优化方法,能够在很大程度上降低电动机谐波损耗,削减逆变器输出电流的谐波成分,以及减弱电磁转矩的脉动程度。这种技术控制简洁,数字化实现方便。潘耀[4]对变频调速中的空间电压矢量(SVPWM)调制方式及其实现方法进行了探讨,采用SVPWM调制技术对压缩机进行连续的变频控制。克服了普通的PWM调制技术电压利用率低、谐波含量高等缺点,使压缩机运行更加平稳。
2.3 基于遗传算法的模糊控制。遗传算法(GA)是一种利用计算机模拟生物进化机制对全局优化搜索的算法。遵循“物竞天择”的自然选择的遗传学原理。其综合了适者生存和遗传信息之结构性及随机换的生物进化特点,使满足目标的决策获得最大的生存可能。他利用对问题的编码集进行操作而不是变量本身,具有广泛的实用性。同时,他是在一群点上的搜索最优解而不是从单一点上进行搜索,因而能同时获得许多峰值,增强了收敛性,保证了解的全局最优性。传统的优化算法往往需要目标函数的导数值等,其他一些辅助信息才能确定搜索方向;而遗传算法是以决策变量的编码为运算对象,直接以目标函数值作为搜索目标,这样对一些很难有数值概念优化的问题,更显示出了其独特的优越性。
2.4 基于神经网络算法的模糊控制。神经网络和模糊集理论都是介于传统人工智能的符号推理和传统控制理论的数值计算之间的方法。两者有某些共同的基本特点,可以认为两者是互补的。模糊神经网络是模糊系统与神经网络的有机结合,它吸取了两者的长处,可组成比单独的神经网络或单独的模糊系统性能更好的系统。模糊神经网络与单独的模糊系统或神经网络一样,它也具有非线性函数的映射能力。
3、结语
采用模糊控制技术的变频空调器与一般变频空调器相比,性能更加优越,控制更加容易,可以说模糊控制在变频空调器控制领域内取得了较为成功的应用。近几年来,尤其是神经网络和遗传算法与模糊控制结合所形成的控制技术在变频空调器控制领域内的应用,进一步提升了控制系统的稳定性和鲁棒性,取得了较好的控制结果,但变频器的模糊系统理论还有一些重要的理论课题还没有解决,其中重要的问题表现在以下三个方面:其一,如何获得模糊规则及隶属函数,这在目前完全凭经验来进行,迫切需要建立获得两者的理论基础;其二,如何保证模糊系统的稳定性,以及寻找适合于解决工程上普遍问题的稳定性分析方法,稳定性评价理论体系,控制器的鲁棒性分析,系统的可控性分析和可观性判定方法等;其三,变工况下变频空调器的模糊控制控制理论需要进一步研究。
【参考文献】
[1]邓金强.加权自调整模糊控制器在变频空调中的应用研究[D].同济大学,2004: 16-20.
[2]熊祥,郭丙君.模糊滑模变结构矢量变频调速系统建模与仿真[J].智能控制技术,2010,32(2):20-23.
[3]王兴贵,王利娜,房伟.模糊控制在中央变频空调系统中的应用[J].机械与电子,2006(4):32-34.
[4]潘耀.基于模糊控制的SVPWM技术在空调压缩机变频调速中的应用[D].中南大学,2009:36-57.
分体式空调通常包含一个室外机和几个室内风机盘管。室外机包含负责热交换的压缩机。为确保能够根据室外温度的变化,调节室外机的热交换量,需要采用风扇。通常室外机风扇的转速范围为250rpm至1000rpm,功耗不超过100W,典型值为70W。速度指令以模拟格式下达,并向主控制板反馈FG信号。
室外机风扇的控制有特殊的要求。它需要在不同的气候条件下可靠地启动和运行。在遭遇室外强风的情况下,风扇叶片可能会反向旋转。在强台风条件下,电机可能只会达到最高速度的一半。同时为了出于生产便利考虑,还有其他一些要求。因此,最好选择不受电机参数影响、对组件公差或生产变化不敏感的控制方法。
传统的室外机风扇采用梯形换相的无刷直流电机。梯形控制具备多种优势,例如易于控制、大转矩和可靠的性能。不过,由于与生俱来的转矩脉动,梯形换相可导致音频噪声,尤其在电机低速运转条件下。为降低音频噪声,同时满足所有应用要求,本文提出了一种采用英飞凌8位微控制goxc866实现简化正弦控制的方案。
英飞凌室外机风扇解决方案
XC866是高性能的XC800 8位微控制器家族的一员,以兼容行业标准805l处理器的XC800内核为基础。XC866具备一个专用的三相电机控制单元一一捕获比较单元6(CCU6),和一个包含多种扩展功能的10位模数转换器(ADC)。这些特性使XC866成为低端三相电机控制的理想之选,例如无刷直流电机和感应电机。XC866的其他特性包括一个UART、一个SPI接口和三个16位定时器。图2为XC866 8位微控制器的框图。
图3为风扇变频器的系统框图。微控制器、栅极驱动器和6个IGBT安装在同一个电路板上。该电路板通常安装在电机机壳内。310V直流电压直接接至变频器电路板,因此,无需任何整流器级。由于具备适用的特性和可靠的品质,英飞凌分立式IGBT tKD04N60R和栅极驱动器6ED003L06-F被该应用选中。
在实际运行当中,风扇电机可能会处于以下状态:STOP、CHECK DIR、BRAKE、RAMP和SINU。加电后,一个程序(CHECK DIR状态)将被调用,用于检查风扇电机的旋转状态。如果处于静止不动的状态,电机将采用梯形换相(RAMP状态)方法实现启动,因为这种方法可提供更强的启动转矩。成功启动后,控制方式转换成正弦调制(SINU状态),旨在降低音频噪声。不过,如果电机在加电后向相反的方向旋转,软件就会对电机进行制动,直至电机静止不动(BRAKE状态)。制动力根据初始旋转速度计算。例如,如果风扇叶片的转速为400rpm,那么相对于转速为200rpm的风扇叶片,电机制动就需要更大的电流。
电机速度和方向信息由三个霍尔传感器提供。这三个传感器互成60°角。XC866与硬件霍尔输入逻辑(CCU6模块内)集成,从而避免霍尔信号软件轮询并降低CPU开销。电机速度被计算出来以用于计算转子角度。在每个PWM中断中,转子角度都会更新,并用作正弦查找表指数。速度指令可通过ADC通道进行抽样,转换结果作为电压规范提供。最后,根据正弦查找表值和电压规范生成CCU6输出6 PWM信号。图4为稳定运行的控制框图。
若要降低调制的开关损耗,需采用一种特殊方法。在一个供电周期内共有6种状态,每种状态持续60°。其中两个状态未实现调制,例如u相的s5和s6。这与梯形控制类似,而其他4个状态则实现了正弦调制,例如u相的s1和s2(采用sin())及s3和S4(采用sin(120-))。
【关键词】通风空调控制 PLC系统
1 工艺概况
1.1 厂房概述
放射性机修及去污车间(AC)是放射性玷污设备和部件的机修、去污和存储厂房。是核电厂BOP的子项之一。
厂房主要功能是核电厂内有关系统产生的放射性沾污设备和部件的清洗去污、维修和存放,压力容器役前检查和在役检查专用设备的检查标定、维护和存放,主泵电机的拆卸、清晰去污和检修,压力容器和蒸汽发生器模拟体存放及相关作业培训,核岛厂房(NI)专用工具的存放,设备材料的金相分析和实验,以及储存相关的备品备件。
1.2 厂房通风空调系统概述
AC厂房的通风空调系统为DWA系统,为非安全相关系统,但由于AC厂房存在放射性,其通风系统需对人员和环境有一定的安全考虑。
DWA系统包含2个空调系统、6个送风系统及6个排风系统。
AC厂房通风空调系统(DWA)的主要功能为:保证整个厂房的正常通风换气;排出并净化工艺间内产生的有害气体;保证厂房热区房间的负压;对厂房冷区及人员长期工作的区域有特殊要求的工艺房间进行空调;排除房间内的余热。
2 通风空调系统控制要求及其控制逻辑(以X-1、P-1系统部分控制功能为例)
2.1 系统流程
2.1.1 X-1送风系统
为地下一层和地上一层的AC2存储区等非白区房间服务。
X-1系统采用组合式空调机组010CI,包含风机段010ZV、电加热段010RS、表冷段010RF和过滤段010FP/010FF(初/高效过滤器)。
机组参数:L=71000m3/h,Q冷=980KW,Q热=96KW。
夏季,空气处理机组010CI中的冷却盘管将室外的空气冷却除湿后送入房间。在冬季,空气处理组010CI中的电加热器将室外的空气加热后送入房间。
2.1.2 P-1排风系统
对地下一层和地上一层的AC2存储区等非白区房间排风。
风机箱101ZV、102ZV一用一备并且需要变频控制,可手动或自动切换运行,每台排风机排出口设置电动风阀一台(281VA、282VA)。
风机箱参数:L=45534 m3/h,H=1400P a。
2.2 控制要求及控制逻辑实现
2.2.1 控制要求(以X-1、P-1系统电加热器和冷量控制为例)
X-1系统所属空气处理机组010CI内电加热段010RS分为三档,分别为50%,25%,25%,根据设在AC2储存区排风总管内的温度探头010MT和湿度探头010MZ测量的数据控制。在夏季或过渡季(制冷机组运行期间)时,电加热器和湿度探头联锁,当检测的湿度大于设定湿度(W1)75%时,逐档开启电加热器,最多开启两档(顺序为25%,25%)。小于等于75%时,逐档关闭电加热器。在冬季或过渡季时,电加热段和温度探头联锁,当温度小于等于7?C时,逐档开启电加热段,顺序为50%,25%,25%。直到三档全开。当温度大于20?C时,逐档关闭电加热段。
在夏季或过渡季时,X-1系统所属空气处理机组010CI内表冷段010RF冷量由电动两通阀010VN根据排风总管上的温度与预先设置值(T1,要求设定的温度值可调)之间的差值比例积分控制。设定的温度就地和在控制盘中可调。
2.2.2 控制逻辑
T1在PLC上进行设定,在制冷机组运行期间,与AC2排风总管内温度进行PI运算,模拟量输出控制调节阀开度。
W1在PLC上进行设定,在制冷机组运行期间,与AC2排风总管湿度进行PID运算,经阈值比较器输出开关量,控制010RS-2和010RS-3的启闭。在制冷机组不运行的时候, 以7?C和20?C为上下限,根据AC2排风总管内温度经PID运算,经阈值比较器输出开关量,控制010RS-1、010RS-2、010RS-3的启闭。
3 DWA控制系统
3.1 控制原则
对应通风空调各子系统和冷冻水冷却水系统分别在PLC操作站操作界面上设置各子系统启动/停止操作按钮,操作这些按钮可以实现各子系统的启动或停止。在PLC系统操作界面上设置各子系统参数设置界面,能通过更改这些参数改变各子系统系统调节基准。
3.2 控制系统功能
(1)具备就地手动、远程手动控制以及自动运行操作模式;
(2)远程手动控制模式下,在通风设备控制室操作站上可以直接对空气处理机组、风机、水泵、冷却塔等主要设备进行手动启/停操作和运行监视,具有远地“硬手动”操作的功能;
(3)自动运行模式下,由PLC控制器根据预先设定的程序下达控制指令,按照工艺逻辑启/停通风设备;
(4)获取被控设备的工作状态实时数据,在图形组态的人机界面上显示设备的运行、停止、手动以及故障等状态,用于监控设备和系统的运行;
(5)采集并显示风管温湿度、分集水器压差等过程参数,经PLC控制器或设备自带控制器运算,实现调节阀开启度调节和电加热器开启段数调节。
(6)采集流量开关、温度开关量仪表的状态,结合被控设备状态,实现保护、联锁和报警等功能。
(7)按工艺要求实现对被控区域的温湿度调节,温湿度参数设定值可以根据需要在适当范围内整定。
3.3 控制系统配置
AC厂房通风空调控制系统采用PLC,根据工艺要求和厂房环境情况设置工控机操作站。
3.3.1 PLC系统的特点
(1)编程简单。PLC是面向用户的设备,因此大部分的PLC都充分考虑到现场工程人员的技能与习惯,尽量采用简单易行的编程语言,例如梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图类似,这种编程语言形象直观,容易掌握,不需要专门的计算机知识和语言,只要能具有一定的电工和工艺知识的人都可在短时间内学会,是目前PLC中最常用的一种编程语言。
(2)控制系统构成简单,通用性强。在构成PLC系统时,只需要在其I/O组件的端子上接入相应的输入输出线即可,不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬件接线线路。当控制要求改变需要变更控制系统的功能时,可以用编程器在线或离线修改程序;同一个PLC用于不同的控制对象时,只需要改变其输入输出组件和编制不同的控制程序即可。
(3)抗干扰能力强,可靠性高。高可靠性是电气控制设备的关键性能。微机系统虽然具有很强的功能,但抗干扰能力较差, PLC是专为工业控制设计的,在设计和制造过程中采用了多层次的抗干扰措施;并精选器件,可在恶劣的环境下工作。PLC的平均无故障通常在2万小时以上,这是一般微机不能比拟的。另外,虽然继电接触器控制系统具有良好的抗干扰能力,但由于使用了大量的机械触电,连线复杂,各触电在吸合及断开时容易受电弧的伤害,寿命较短。而PLC采用微电子技术,大量的开关动作可由无触点的电子电路来完成,因此可靠性大大提高。
(4)体积小,维护方便。PLC体积小,重量轻,非常便于安装。一般的PLC都具有自诊断功能,能检查出自身的故障,并随时显示给操作人员。另外,目前大部分PLC控制系统都采用模块化结构,接线很少,在查出故障后,只需要更换模块皆可,因此维护很方便。
(5)缩短了设计、施工、调试的周期。PLC系统软、硬件配置均采用模块化、积木式结构,只需按要求选用各种组件;PLC减轻了继电器安装和接线等工作;PLC具有强制及仿真功能,故程序的设计修改和调试都很方便、安全,可以大大缩短设计和投运周期。
(6)功能齐全。具有开关量、模拟量输入/输出和大量内部中间继电器、时间继电器、计数器等,具有逻辑控制、顺序控制、信号/数据处理等功能及接口功能。另外,现在的PLC还具有强大的网络功能,可以通过各种通信接口将数据直接上传给上位机,以实现上位机的数据采集和监控。
3.3.2 DWA系统配置
DWA控制系统I/O点数为DI:207、DO:76、AI:26、AO:22,PLC系统I/O模块、数据存储器与用户程序之间的关系。
在通风设备控制室(AC144)设1个电源柜(0DWA801AR),用于PLC系统和操作站交直流供电;2个控制柜(0DWA802AR/803AR),内置PLC框架、电源模块、CPU、I/O模块、通信模块、接线端子排等,用于系统的数据采集,运算处理和通信;1个操作台,设置工控机操作站,由操作人员对通风空调系统进行状态监测,发出控制指令,修改运行参数。
DWA通风空调控制系统PLC采用了罗克韦尔公司的ControlLogix。
3.4 控制网络选择
ControlLogix可通过EtherNet/IP、ControlNet以及DeviceNet网络进行通讯。
本系统采用冗余的ControlNet网络。
ControlNet是开放的,采用最新技术的工业控制网络,满足了大吞吐量的实时控制要求。采用可靠的通用工业协议(CIP),将I/O网络和对等网络信息传输的功能集成在一起,具有强大的网络通信能力。
ControlNet支持智能、高速控制设备之间共享监控、工作单元协调、操作员接口、远程设备组态、编程以及故障诊断需要的信息。
3.5 系统安全性和容错性
3.5.1控制器框架冗余
采用两个相同尺寸的框架作为一对冗余框架,所有槽位安装的模块需要保持一致;每个框架只有一个控制器,需要采用相同的型号、版本号、内存大小;每个框架最多5个1756-CNBR通讯模块;每个冗余框架须有一个1757-SRM模块。
安放于每个处理器框架的1756-SRM模块,构成关键性的控制器到控制器的控制网通信链,保持两个冗余框架之间的通讯。冗余系统的构建无需编程,对ControlNet网络上的设备来说,都是透明的。
在正常操作情况下,主处理器控制输入,从处理器通过控制网监视,并能立即感应到主处理器的任何故障或停机。在主处理器出现故障时,从处理器能平滑地接管控制,使控制系统无间断地连续工作。
按照上述要求,0DWA_CPU_R1和0DWA_CPU_R2两个框架中的两套CPU及其电源互为备用。系统中单个CPU故障不影响控制系统运行。
3.5.2 ControlNet介质冗余
网络采用两个相同的ControlNet链路;每个CPU框架、I/O框架均需采用1756-CNBR ControlNet通讯模块。
3.5.3控制系统电源的冗余
两路独立的220VAC电源进入控制柜后加浪涌保护,经双电源切换装置浮充UPS。一路供电故障,双电源切换装置自动切换到另外一路;两路供电同时故障,UPS电源保证系统0.5小时正常运行。
4 控制系统设备选型
4.1 硬件设备
1756系列的PLC控制器1套,操作站(配ControlNet网卡)1台,规格:P4、2.8G、2G内存、320G硬盘,独立显卡;HP 1515n激光打印机1台;风道温/湿度传感器及变送器4台,规格0~50?C
0~95%r.h;浸入式温度传感器及变送器1台,规格0~100?C;风道温度传感器及变送器2台,规格0~50?C;压差变送器0~1000Pa 2台,0~300Pa的2台;液体差压变送器0~0.4MPa的1台;二通电动调节阀1台,规格DN150;风流开关4个,规格:最小风速:
4.2 软件实现
ControlLogix系统需要配置专用的编程软件RSlogix5000、通讯软件RSLinx、网络组态软件RSNetWorx for ControlNet和仿真软件RSLogix Emulate 5000等。根据DWA系统流程图、逻辑图、模拟图上游文件,利用已经固化在控制器内部的软件模块,进行系统编程和组态。
5 结论
核电厂BOP通风空调控制系统可以采用PLC,经分析和实践得出,PLC系统稳定可靠,配置合理,网络结构清晰,容易扩展,控制与检测性能可达到设计要求,满足功能要求。将PLC系统更高地应用到核电厂生产过程中,能更好地提高核电厂生产效率,对提高核电厂自动化水平有着重要和深远的意义。
参考文献
[1]HG/T 20700-2000,可编程控制器系统设计规定[Z].北京:全国化工工程建设标准编辑中心,2001.
[2]HG/T 20508-2000,控制室设计规定[Z].北京:全国化工工程建设标准编辑中心,2001.
[3]牛春刚,徐建东,刘文峰.火电厂中央空调控制系统的研究与设计[C].中国核电工程有限公司青年优秀论文集总第一期,2005.
[4]浙江大学罗克威尔自动化技术中心.可编程序控制器系统[M].杭州:浙江大学出版社,1999.
作者单位
【关键词】矩阵变换器;数学模型;空间矢量脉宽调制
1.引言
传统交-交变频电路和交-直-交型PWM变换器[1]都存在着功率因素低,谐波污染严重等问题,而矩阵式变换器具有一系列的优点:能量双向流通,可实现四象限运行;正弦输入/输出电流;对任意负载输入功率因素为1;不需要直流储能元件等。为了进一步改善交流调速系统的运行性能,扩大加深交流传动在工业领域的应用,矩阵变换器被推上了变频调速发展的历史舞台。
矩阵式变换器是一种含有m×n个双向开关的电力变换器,可以将输入侧m相电压源直接连接至输出侧n相负载,本文选用三相一三相矩阵变换器为研究对象。由于矩阵式变换器的功率元件众多,控制策略复杂,因此在矩阵式变频器的研究中,采用适当的调制算法,并将其加以实现,保证系统稳定可靠地运行,是至关重要的一个环节。空间矢量脉宽调制方法对于矩阵式变换器的控制而言,是一种简单可行的解决方案,它还可以使矩阵式变换器的电压利用率达到最大值(86.6%),而不需要另外加入谐波成分。空间矢量脉宽调制的特点也非常适用于矩阵式变换器驱动异步电动机的调速控制系统中[2]。
2.矩阵变换器数学模型
图2为三相输入、三相输出的交一交矩阵变换器的电路拓扑结构,含有9个双向开关,通过对这9个双向开关的逻辑控制,可实现对电源电压和频率的变换。任一双向开关器件以来表示,下标代表输入相,下标代表输出相,要求它具备双向导通、自关断和高频下工作的能力。
矩阵变换器在工作过程中必须满足两个基本原则:1)三相输入端中任意两相之间不能短路,避免电压源短路造成过电流;2)三相输出端任意一相电路均不能断路,以防止感性负载突然断路而产生过电压。
对用开关函数定义如下:
(1)
(2)
3.空间矢量调制算法
3.1 调制模型
对于式(1)、(2)存在的限制,在实际运行中,矩阵式变换器一共允许存在27中开关状态,见表1。这27中开关状态可以分为三组。第Ⅰ组包含6种开关状态,三相输出分别接至三相不同输入。第Ⅱ组包括3×6=18种开关状态,每个状态有两相输出端被短路。第Ⅲ组3种开关状态中所有三相输出均被短路[3]。
可以得到矩阵变换器三相输出线电压与输入相电压之间的表达式:
(3)
式中,为矩阵变换器输入侧相变量至输出侧的开关传递函数矩阵。
假定矩阵变换器三相输入电源电压为:
(4)
式中,表示输入相电压的幅值,表示输入电压的频率。
期望矩阵变换器的三相输出线电压的基波正弦值为:
(5)
式中表示输出线电压的幅值,表示输出电压的频率,为输出电压点对输入电压的相移角。
根据式(3)、(4)和(5)可以选择矩阵式变换器低频传递函数矩阵:
(6)
式中,为矩阵变换器的调制系数,满足条件0≦≦1;是输入相电压与相电流之间的相位差。式(4)-(6)满足式(3),由此可以得到输入相电压幅值与输出相电压幅值之间的关系为:
(7)
式(6)表示了矩阵式变换器的“间接传递函数”方法。低频开关函数矩阵可以表示为两个矩阵的乘积:
(8)
式中,表示输入侧虚拟整流器的传递函数矩阵,表示输出侧虚拟逆变器的传递函数矩阵。因此,矩阵变换器在理论上等效为一个“虚拟整流器”和“虚拟逆变器”的串联电路模型,如图3所示。
3.2 脉宽调制策略
将经典的空间矢量调节(PWM)技术分别应用到“虚拟整流器”和“虚拟逆变器”上,从而实现对矩阵式变换器的调制。
如图4所示,根据空间矢量调制原理,考虑虚拟逆变器输出线电压调制,矩阵式变换器输出线电压的空间矢量可以定义为:
(9)
输出线电压空间矢量的合成原理如图4所示。任意时刻该空间矢量可由从两个相邻的非零开关矢量和(从中选择)和一个零开关矢量(从,中选择)合成而得到。
而开关矢量的作用时间。(通常用占空比表示),可根据空间矢量的调制原理和正弦定理计算得到
(10)
式中,为采样周期;和分别为和在一个采样周期中的作用时间;是输出线电压空间矢量的调制系数:
(11)
与“虚拟逆变器”的调制类似,矩阵式变换器等效电路模型中,“虚拟整流器”的输入相电流空间矢量调制过程可由图5所示。根据监测到的输入相电压空间矢量和设定的输入相位差,可以确定希望得到的输入相电流空间矢量的位置。定义为:
(12)
任意时刻输入相电流空间矢量可由从两个相邻的非零开关矢量和(从中选择)和一个零开关矢量(从,,中选择)合成而得到。
而开关矢量的作用时间。(通常用占空比、和表示),可根据空间矢量的调制原理和正弦定理计算得到:
(13)
式中,分别为在一个采样周期中的作用时间;为输入相电流空间矢量的调制系数,。由于输入相电压和输入相电流均为正弦波形,因此可由通过改变相位差来调节输入功率因数,当=0°时,功率因数为1。
将虚拟整流器输入相电流空间矢量调制过程与虚拟逆变器输出线电压空间矢量调制过程结合起来,在每一个开关周期内,这样将一共产生5个开关状态,、、、和,分别由开关矢量和、和、和、和以及零矢量决定。
这5个开关状态在采样周期内的作用时间(用占空比表示)可由式(10)和(13)相乘得到,即:
(14)
4.MATLAB仿真
根据矩阵变换器的数学模型及其空间矢量的PWM策略在MATLAB方针环境下建立矩阵变化器的仿真模型[4][5]。参数如下:三相输入电源对称,电压有效值220V,频率为50Hz;输入滤波器电感为2mH,滤波电容为6μF;负载为三角形连接的RL电路;开关频率为5kHz(如图6-8)。
当给定的功率因数等于1,调制系数等于0.8时,仿真结果如图9-10。
5.结束语
矩阵逆变器的空间矢量调制方法计算简单,易于实现,可大大减小对控制电路的要求[6],采用该方法可以不需要在输出相电压中引入低频谐波,即可使矩阵式变换器的电压利用率达到最大值(86.6%),实现电流相位差的任意控制。
参考文献
[1]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].机械工业出版社,2000.
[2]孙凯,周大宁,梅杨.矩阵式变换器技术及其应用[M].机械工业出版社,2007.
[3]杨喜军,龚幼民.矩阵变换器的理论与应用[M].机械工业出版社,2010.
[4]周渊深.交直流调速系统与MATLAB仿真[M].中国电力出版社,2010.
[5]洪乃刚.电力电子与电力拖动控制系统的MATLAB仿真.2006.
【关键词】单片机;空调压缩机控制器;低耗节能
0 前言
空调系统的能耗在现实生活中是一个不可忽视的问题。因此,研究设计低能耗空调系统对于节能来说非常重要。空调压缩机控制器是空调系统中的一个重要组成部分。采用基于单片机控制的电动空调压缩机控制器是一种有效的低功耗节能手段。电动空调压缩机是由电机、电子控制单元和压缩机等组成,压缩机由电机驱动,电子控制单元控制电机的运转。永磁无刷直流电机因为性能优良等特点在诸多行业备受重视,尤其在节能方面具有巨大优势。无刷直流电机在空调压缩机中采用变频等技术,很大程度上降低了噪音和损耗,从而达到节能的目的。采用基于单片机控制的控制器节能效果明显,具有广泛发展前景。
1 电动空调压缩机工作过程
压缩机是电动空调系统中一个非常重要的部件,它为空调系统的正常工作提供了保障。空调压缩机在空调系统中主要用来压缩驱动制冷剂。空调压缩机的工作过程有蒸发和冷凝过程,压缩机把制冷剂压缩后进行冷却,同时通过散热片向空气中散热,制冷剂也发生形态变化,压力也同时升高。制冷剂随后被送到到蒸发器中,压力下降。此时散热片吸收空气中大量的热量。经过这样一个循环过程,空调压缩机不断工作,就不断把热量散发到空气中,从而进行调节气温的工作。电动空调压缩机一般都采用电机驱动,而且现在空调压缩机的电机多采用无刷直流电机进行驱动。无刷直流电动机,是一种用电子换向的小功率直流电动机。这种电动机的特点是结构简单,运行可靠,工作效率高。无刷直流电动机中采用的是自控式逆变器,它的输出频率不是独立调节的,而是受安装在同步电动机轴上的转子位置检测器控制。这也是电动空调压缩机的具体工作方式。电动空调压缩机主要通过单片机控制器进行相关的控制和调节,对空调系统的一些设定参数进行控制,并进一步控制电动空调的低功耗和节能效果。
2 控制器低功耗节能设计途径
控制器是控制电动空调的的主要部件。要想使空调的功耗低从而达到节能的目的,必须对控制器进行全面的设计,主要包括硬件设计和软件设计两大部分。硬件和软件的双重设计和结合使低功耗成为常态,并为节能提供了保障。
2.1 单片机的合理选择
单片机在现代生活和工业中的电子产品中广泛应用。单片机实质上是一种微控制器,它主要功能是将多种处理器以及接口等通过相应的芯片集成而成。与其它普通的微处理器相比较的话,单片机的最大优点就是不用外接其它的硬件,从而节约了制造成本。单片机有很多显著的特点,比如单片机的结构比较简易、方便用户使用,可通过模块化进行编程;单片机可靠性很强,可以连续进行长时间的工作。此外,单片机本身需要的电压较低,因而能耗也比较低。单片机本身可以做成小规模产品,便于使用者携带。可以说单片机的功能是十分强大的,能够满足现实中很多实际需求。单片机应用在电动空调的压缩机控制时需要进行相应的匹配和合理选择。只有这样才能充分发挥单片机的优势,进而达到节能的目的。整个空调压缩机系统的控制器要采用合适的单片机,以期满足需要的供电电压等相关要求。单片机具体在空调待机不需要正常工作时进行控制,降低空调能耗,从而节约电能。在空调其它工作状态下时单片机再进行对应的控制。单片机作为一个核心部件,它性能的优劣直接关系到空调的工作效率以及低功耗的实现甚至减小能源消耗等,所以在进行单片机的选择时要合理、规范而有效。
2.2 电路的全面统筹
空调系统作为一个系统的整体,缺少不了电路的设计。而空调压缩机控制系统的电路设计也非常复杂,电路的设计包括主控电源电路设计、低功耗电源电路设计以及模式切换电路设计等相关设计,必须全面统筹进行合理有效的设计。在主控电源电路的设计环节,多采用双路供电工作方式,并采取电子开关转换方式实现相应工作模式的切换。主控电源根据电机工作模式的需要,进行相应电压的供应,以提高电源转换效率。在低功耗电源电路设计环节,电源可采用低功耗直流电-直流电,从而满足相应的电压和电流的要求。两路电源都可以产生相应的电压给单片机供电,当单片机进行工作模式的转换时,电子开关能够切换到要使用的电源。在设计电子开关时,依据控制器的输入电流和输入电压来进行选择,同时考虑到散热体积、散热效果和成本,选择合适的晶体管来作为电子开关的材料。空调系统的工作模式其实可以分为两大类,就是低功耗模式以及其它功耗工作模式,根据实际需求,单片机需要在这两大类工作模式之间进行相应的切换,因此必须设计相应的模式切换电路。其中唤醒电路是模式切换电路的一种有效方式。使用者可以通过调节外部信号来控制控制器中的相应程序。控制器通过外部速度信号以及不同占空比来调节电机的转速,并同时调节相应的电压和电流在一定范围内变化。总而言之,电路的设计在空调系统中是一个十分重要的设计环节,需要根据实际情况和设计目标做好各电路的设计以及各电路之间的全面统筹协调,从而提高工作效率,达到低功耗和节能的效果。
2.3 控制软件的编程
任何一个电子产品的成功运行,除了在硬件上进行相应的保证和升级,软件的设计和编程也非常重要。必须对硬件进行相应的软件控制才能使硬件正常甚至高效工作。控制软件在编程的时候可以采用模块化的编程方式,从而控制电机的待机、起动、停止、低功耗等工作模式。控制软件除了使空调进行相应模式的工作之外,使空调进行安全的正常工作也十分重要。因此在控制软件的编程环节,也需要针对现实生活中常见的安全问题进行合理有效编程。比如要避免在空调刚通电时出现过压、过载、过流、过温等情况,从而保证空调系统起动正常。因此在软件编程的时候要考虑到各种保护机制,防止在系统工作的时候产生故障影响安全。控制软件的编程也可以降低空调系统的功耗。其中在编程的时候采取限流降速的方法来降低功耗。也就是控制软件根据使用者的具体需要,限制压缩机的工作电流,并且可以调整相应的限流值。如果压缩机的电流超过了限制的电流,控制器会则根据之前设定好的程序来降低电机转速,减少能耗,从而实现节能。通过软件的编程,可以根据实际情况,使控制器执行相应的程序,从而控制电机的运行,使空调系统在待机等环节实现低功耗,从而达到节能的目的。
3 结语
采用单片机来进行电动空调压缩机的控制是一种有效的低功耗节能方式。本研究在空调系统节能的必要性以及压缩机工作过程的背景下,具体提出了三种控制器低功耗节能设计措施。要合理选择单片机,进行相应工作模式的控制和切换。要全面统筹电路,在主控电源电路设计、低功耗电源电路设计以及模式切换电路做好设计和协调。软件在控制时编程环节要考虑实际情况,并要保障空调系统的安全问题。这些措施的实施都为空调系统的低功耗和节能提供了有效思路和合理建议。
【参考文献】
[1]朱勇.基于DSP的集成式无刷直流电动机驱动控制系统的研究[D].广州:广东工业大学,2014.
关键词:自动空调系统 车载空调 故障检测及排除
自动空调系统与手控空调系统相比,增加了由微机处理控制的自动温湿控制系统,该系统由多个传感器和执行器控制装置以及带自诊断系统功能的自动温湿控制装置(ECU)组成,如图1所示。这些部件可以自动对驾驶室内空气的温度、湿度、流速、洁净度和噪声进行调节,使其控制在人体舒适的范围内,其中温度控制范围为20~28℃,湿度控制范围在50%~70%。
图1 本田轿车自动温湿控制系统组成
一、自动空调组成和作用
1.传感器
传感器的作用是将各种信号输入自动温湿控制装置(ECU):
(1)车内温度传感器,用于检测车辆内部温度。
(2)车外空气温度传感器,用于检测车辆外部温度,它位于前保险杠后。
(3)阳光传感器为一光敏可变电阻二极管,阳光传感器位于仪表板的上部、挡风玻璃的底部,它检测日照的强度,用来控制由日照量波动引起的内部温度波动。
(4)蒸发器温度传感器的作用是监测蒸发器的温度,为防止蒸发器结冰,控制装置可以停止压缩机工作。
(5)发动机冷却液温度(ECT)传感器,用于发动机温度过热时自动关闭空调运行和在发动机温度低时的预热控制等。
2.自动温湿控制装置(ECU)
自动温湿控制装置的作用是根据传感器输入的信号和设定温度计算要吹出的空气温度、气流量及气流模式,并向控制电动机和控制电路(执行器)输出控制信号。如控制空气混合风门挡板的位置、送风机速度、气流模式风门挡板的位置及空气循环风门挡板的位置。它与空调控制面板结合在一起安装在仪表板上,并带有自诊断系统。
3.执行器
执行器的作用是接受自动温湿控制装置(ECU)输出的指令控制。
(1)模式控制电动机。其功能是根据自动温湿控制装置的输出指令控制出口空气的方向。
(2)空气混调控制电动机。其功能是根据自动温湿控制装置的输出指令控制混合风门摆动,从而调节冷、热空气的混合状态。
(3)空气循环控制电动机。其功能是控制位于鼓风机上方的内循环/外循环(新鲜)空气风门。
(4)鼓风机电动机。鼓风机电动机的转速是由自动温湿控制装置(ECU)控制功率晶体管的方式来调节鼓风机的转速,其中高速则由高速电动机继电器控制。
各执行器主要由自动温湿控制装置的相关传感器输入的信号进行控制,其工作原理如图2所示。
图2 自动空调系统工作示意图
二、故障诊断和维修
1.读取故障码
在自动空调系统出现故障时,自诊断系统将检测出的故障的信息存入存储器中。获取故障信息有两种方法:一种是使用智能检测仪(HDS)连接到车辆上的诊断插座(DLC)上,读取系统的数据及故障码。另一种是用手动方式启动空调控制面板上的自诊断系统,通过控制面板上的指示灯上显示的信息读取故障代码。根据代码查阅有关故障信息。目前,维修企业广泛使用的是第一种方法,它能够迅速准确地判断故障,但需要昂贵的检测仪器。
2.故障诊断方法及流程(见图3)
图3 故障诊断流程
3.自动空调控制系统主要元件的检修(见图4)
图4 广州本田雅阁空调电路图
(1)空气混调控制电动机。①断开空气混调控制电动机上的7芯插头。②将1号端子与蓄电池正极连接,2号端子搭铁;此时空气混调控制电动机应能运转,并在最大制冷(MAX COOL)状态时停转。若其不能如此工作,则倒换接线方式,空调混调控制电动机应当运转,并在最大送暖(MAX HOT)时停转。③测量5号与7号端子之间的电阻,该阻值应约为6kΩ。④测量3号与5号端子之间的电阻,其阻值如下:在最大制冷(MAX COOL)时约为0.84kΩ;在最大送暖(MAX HOT)时约为5.04kΩ。
(2)模式控制电动机。①从模式控制电动机上断开7芯插头。②将2号端子接到蓄电池正极,1号端子搭铁;模式控制电动机应当运转平稳,并在“通风(Vent)”方式下停转。若其不能如此运转时,调换接线;模式控制电动机应当运转平稳,并在“除霜{Defrost)”方式下停转。当模式控制电动机停止运转时,应立即断开电源。③当模式控制电动机在步骤2下运转时,使用输出电流为1mA或低于20kΩ量程的数字式万用表分别检查3号、4号、5号、6号端子与7号端子之间应导通。④若模式控制电动机在步骤②下不运转时,则将其拆下,然后检查模式控制连接装置和风门能否平滑移动。若其移动平滑,则更换拆下的模式控制电动机。
(3)再循环控制电动机。①断开再循环控制电动机7芯插头。②将1号端子接到电源正极上,并将5号及7号端子搭铁;再循环控制电动机应能平滑运转。为避免损坏再循环控制电动机,操作者切勿将蓄电池正极与搭铁反向连接。③断开5号及7号端子。再循环控制电动机应当在Fresh或Recirculate方式下停止运转。注意不要使再循环控制电动机长时间反复运转。④如果在进行步骤②时,再循环控制电动机不运转,则拆下电动机,然后检查再循环控制的连接装置和风门能否平滑移动,若其移动平滑,则更换再循环控制电动机。
(4)温度传感器。车内温度传感器、车外温度传感器及蒸发器温度传感器都是一个温控电阻(负热敏电阻),需检测传感器两个端子在不同温度下的电阻值。
(5)阳光传感器。接通点火开关ON(Ⅱ),在2芯插头连接的情况下,将正极探针(+)与1号端子相连接,将负极探针()与2号端子相连接,测量它们之间的电压,电压值不会因手电或荧光灯的照射而有所改变,测得的电压值应为:传感器不在阳光直射下为3.7±0.2V或更高。传感器在阳光直射下为3.6±0.2V或更低。
三、故障维修实例
一辆广州本田雅阁08款汽车2010年购车,行驶6.8万km,客户报修开动空调行驶约1小时或原地长时间开空调运行,空调出风口风量变小或不出风,制冷效果差。经关闭空调一段时间(约半小时)后再启动时空调正常,但过一会儿后上述故障现象又重复出现。
根据故障的现象,笔者先检查鼓风机运转情况,经用手动方式改变鼓风机转速时高低速有明显变化则显示鼓风机正常,再拆检空调滤清器有无堵塞时发现蒸发器有结霜。然后用手动方式启动自诊断系统读取故障信息,但其显示为正常无故障信息。为进一步检测故障,笔者将本田HDS检测诊断仪连接到汽车的数据连接器(DLC)接口检测,当读取故障信息时仍无故障时,再转入读取数据流功能检测各传感器和执行器的工作状态,此时显示蒸发器温度为6℃。由于这时蒸发器已结霜,其实际温度已低于0℃,因此判断蒸发器温度传感器失准。由于空调电脑(ECU)仍能收到温度传感器发出的信号,故自诊断系统认为该传感器正常,所以无故障码显示,空调电脑(ECU)仍使压缩机继续在蒸发器结霜情况下运转。更换该传感器后故障排除。
对于自动空调系统的故障诊断,我们使用智能检测仪对元件进行动态测试能够快速判断控制器、线路、元件故障。其关键是根据故障现象,列出可能出现故障的原因,再根据控制单元中的数据与实际因素如出气口温度、出风量进行比较和分析,找出故障的真正原因。
参考文献:
[1]李东江.国产轿车空调系统检修手册[M].北京:机械工业出版社,2003.
关键词: 自动控制;风机盘管;变风量系统;制冷装置;新风机组;恒温控制器;电动阀
中图分类号:TB494 文献标识码:A
空调设备本身是建筑的耗能耗电大户,而且由于智能建筑中大量电子设备的应用使得智能建筑的空调负荷远远大于传统建筑物,变风量空调系统用改变送风量的方法,维持室温恒定,以适应不同的室内负荷。
一、空气房间温度自动控制是通过接通或断开电加热器,以增加或减少精加热器的热量,而改变送风温度来实现的。
空调温度自动控制系统常用的改变送风温度方法有:控制加热空气的电加热器,空气加热器(介质为热水或蒸汽)的加热量或改变一、二次回风比等。室温控制规律有位式、比例、比例积分、比例积分微分以及带补偿与否等几种。设计时应根据室温允许波动范围大小的要求,被控制的调节机构及设备形式,选配测温传感器、温度调节器及执行器,组成温度自动控制系统。
(1)控制空气加热器的热交换能力控制进入空气加热器热媒流量的室温控制系统及其原理如下:该方案是由测温传感器TN,温度调节器TNC,通断仪ZJ及直通或三通调节阀组成。当室温偏离设定值时,调节器输出偏差指令信号,控制调节阀开大或关小,改变进入空气热交换器的蒸汽量或热水量,从而改变送风温度,达到控制室温的目的。
(2)制进入空气加热器的热水温度该温控方案组成与上面相同,不同的是控制三通阀来改变进入空气加热器的水温,改变热交换能力,达到控制室温的目的。
二、风机盘管空调系统的自动控制
(一) 温控器
(1)风机盘管宜采用温控器控制电动水阀,手动控制风机三速的控制方式。风机启停与电动水阀连锁。
(2)冬夏季均运行的风机盘管,其温控器应有冬夏转换措施。一般以各温控器独自设置冬夏转换开关为好。
(二) 节能钥匙
(1)房间设有节能钥匙系统时,风机盘管宜与其连锁以节能。
(2)当要求不高时,可采用插、拔钥匙使风机盘管启动或断电停转的方式。使用要求较高时,可增设一个温度开关。
(三) 定流量水系统风机盘管定流量水系统自控方式较简单易行,但节能效果没有变流量自控方式好。
三、风机盘管的定流量水系统自动控制
该工程使用定流量二管制,其风机盘管机组的控制通常采用两种方式。
(1)三速开关手控的二管制定流量系统采用二管制水系统时,表面冷却器中的水是常通的。水量依靠阀门的一次性调整,而室温的高低是由手动选择风机的三档转速来实现的。
(2)温控器加三速开关的二管制定流量水系统采用这种控制的水系统时,表面冷却器中的水是常通的,水量依靠阀门一次性调整。室内温度控制器控制风机启停,而手动三档开关调节风机的转速。温控器选择AFT06*系列即可满足要求。该系列是带浸入式套管的。
四、变风量系统的监控
变风量系统的基本思想是当室内空调负荷改变以及室内空气参数设定值变化时,自动调节空调系统送入房间的送风量,使通过空气送入房间的负荷与房间的实际负荷相匹配,以满足室内人员的舒适要求或工艺生产要求。同时送风量的调节可以最大限度的减少风机的动力,节约运行能耗。
除了节能的优势外,VAV系统还有以下特点:
(1)能实现局部区域的灵活控制,可根据负荷变化或个人舒适度要求调节。
(2)由于能自动调节送入各房间的冷量,系统内各用户可以按实际需要配置冷量,考虑各房间的同时使用系数和负荷分布,系统冷源配置可以减少20%~30%左右,设备投资相应较大减少。
(3)室内无过冷过热现象。该系统采用单风管再加热VAV空调系统。
五、空调用制冷装置的自动控制
(一)冷凝器的自动控制在制冷装置上通常用冷却水量调节阀来调节冷凝温度。冷却水量调节阀是一种直接作用式调节阀,安装在冷凝器的冷却水进水管上,它的压力测量温包安装在压缩机的排气端,或冷凝器的制冷剂入口端,以感受Pl的变化。
(二)制冷装置的自动保护为了保证制冷装置的安全运行,在制冷系统中常有一些自动保护器件。制冷系统常用的自动保护包括排气压力保护、吸气压力保护、减压保护、断水保护、冷冻水防冻保护等。
1、排气与吸气压力自动保护在制冷设备中设置了安全阀,还使用压力控制器来控制排气压力。当排气压力超过设定值时,压力控制器立即切断压缩机电动机电源,起高压保护作用;控制吸气压力的采用压力控制器PxS。它对吸气压力有保护作用。
2、油压的自动保护在制冷压缩机运转过程中,它的运动部件会摩擦生热。为了防止部件因发热而变形而发生事故,必须不断供给一定压力的油。油压控制器是一个压差控制器,用它可以实现制冷装置油压的自动保护。
3、断水自动保护为了保证压缩机的安全,在压缩机水套出水口和冷凝器出水口,装设了断水保护装置。该装置是由测量冷凝器出水口水的电阻的两个电极,配以晶体管控制电路的水流控制器SLS及继电器所组成。
六、新风机组的监控
新风机组通常与风机盘管配合进行使用,主要是为各房间提供一定的新鲜空气,满足人员卫生要求。
其基本监控功能有:
(一)监测功能
检查风机电机的工作状态,确定是处于开或关;检测风机电机的电流是否过载;测量风机出口处的空气温湿度,以了解机组是否已将新风处理到要求的状态;测量空气过滤器两侧的压差,以了解过滤器是否要求清洗;检查新风阀状态,确定是开还是关。
(二)控制功能
根据要求启停风机;控制水量调节阀的开度;控制干蒸汽加湿器调节阀的开度;换热器的冬季防冻保护。
七、区域电动阀ZV-2/3
该系列阀门与时间温度控制器一起用来控制家庭和商业的中央供热,热水及冷水系统中的水量。主要参数:适用于各种安装要求和偏好,适用于供热和供冷应用,性能可靠,使用寿命长,易于安装和接线,结构坚固。
随着空调技术在建筑行业中的迅速发展,邮电通信建筑的空调系统也更趋复杂、庞大,空调系统占邮电通信建筑的能耗比重越来越大,通信设备对空调系统的要求也越来越高。因此,应用范围不断扩展,在国内外特别是美国、日本、香港等地的实际工程中得到了普遍广泛的应用。
参考文献
1、建筑环境与设备的自动化;刘耀浩;天津大学出版社
2、建筑设备自动化;卿晓霞;重庆大学出版社
关键词:卡罗拉;自动空调;故障检修
一、自动空调系统结构组成
汽车自动空调系统由制冷系统,取暖系统、通风系统、自动控制系统以及空气净化系统等组成。
1、制冷系统
制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等元件组成。系统中的高压管路和低压管路将各个部分链接起来;压缩机输出端、冷凝器、储液干燥器和高压管组成高压管路;蒸发器、压缩机输入端、压缩机油池和低压管组成低压管路。在卡罗拉的制冷系统中还有电控部分,主要有环境温度传感器、空调压力传感器、车内温度传感器、空调放大器、鼓风机和伺服电机组成。制冷系统制冷方式采用蒸气压缩式,利用制冷剂蒸发时吸收的热量来实现车内温度的降低。作为冷源的蒸发器,其温度低于空气的露点温度,因此,制冷系统还具有除湿和空气净化作用,使车内空气变得凉爽。
2、取暖系统
车内的内置热敏电阻的变化检测到车厢的温度后,产生输入信号,这些输入信号然后根据来自传感器和控制器总成上各键的输入, 输出用于控制压缩机、电磁离合器、暖风加热器、热水阀的各个部件,然后采用冷却液加热式,将发动机出水口的冷却液通入暖风水箱,用鼓风机将水箱周围的热空气吹入车内。暖风还可以对前挡风玻璃进行除霜和除雾,从而完成了车内取暖的目的。
3、通风系统
通风系统是能吸入新鲜空气,将冷风、暖风、新鲜空气进行混合,并把混合气分配到车厢不同位置的装置。主要有送风道、风门等部件。目前采用最多的通风系统是全空调方式,即把车外空气和车内空气经风门调节后,通过蒸发器冷却除湿,部分进入加热器,出来的冷、暖风再混合,然后按照要求送入车内。
4、自动控制系统
自动控制系统一方面对制冷和加热的温度进行控制,另一方面,对车内空气的温度、风量和流向进行测量控制。由传感器、控制中枢、执行器三部分组成。其中传感器包括温度选择器、日照强度传感器、风门位置传感器等。控制中枢有电子放大器、电桥比较计算器、ECU三种。电磁阀、真空转换器、真空驱动器、伺服电机等属于执行部件。
5、空气净化系统
一般由空气过滤器、电子集尘器、阴离子发生器等组成,对流入车内的空气过滤、净化,不断排出车内的污浊气体。在普通轿车中空气净化的任务由蒸发器完成空调系统的动力来自于压缩机,压缩机又是由发动机带动的,所以改善压缩机的工作效率对提升发动机动力性以及燃油经济性有很重要的作用。
二、卡罗拉空调系统故障诊断分析
1、故障现象
行驶里程约10万km,装配自动空调系统的2008年丰田卡罗拉1.8L轿车。用户反映:该车开空调时无冷风吹出,电子扇也不转。
2、检查分析
使用故障诊断仪V.A.S 5053进行检测,查询到偶发性故障码00229。连接歧管压力表,测量空调系统静态压力为 800kPa,压力正常。该车型的空调系统使用了变排量空调压缩机,并采用了新的控制方式。空调系统控制单元J255接收来自发动机控制单元的指令以决定是否使空调系统工作;同时根据设定的温度、外部环境温度和车内温度、蒸发器温度以及制冷管路压力的变化等因素,对空调压缩机电磁阀N280的占空比进行控制,从而控制压缩机内部斜盘的倾斜角度发生改变,最终实现了变排量和制冷效果的改变。因为变排量压缩机随着发动机的工作一直运转,即无论空调处于打开还是关闭状态,空调压缩机的多楔带始终驱动压缩机连续运转,所以维修人员无法按照定排量压缩机那样从电磁离合器是否吸合来判断压缩机的工作状态,而应该使用故障诊断仪进行诊段。
打开空调,使用V.A.S 5053对空调系统的数据流进行读取,从诊断仪上可以看到“空调准备就绪”和“AC输入”的结果为“空调高挡”;压缩机状况为“压缩机接通”,空调系统压力为700 kPa。“空调准备就绪”和“AC输入”的结果为“空调高挡”,说明发动机控制单元能够接收到空调AC开关的请求信号;压缩机状况为“压缩机接通”,说明发动机控制单元采集了相关传感器数据后认为符合空调系统的工作条件,从而提高发动机怠速转速,同时使空调压缩机处于接通状态。但是,显示的空调系统压力为700kPa却是不符合标准的。对于迈腾轿车,空调系统正常工作时,高压一般为1100kPa以上,700kPa显然过低,这么低的压力达不到空调系统制冷的最低要求。再读取其它数据流,“空调系统的风扇要求”为0.0%5“冷却风扇启动1占空比”为12.2%0“空调系统的风扇要求”为0.0%,说明风扇在压缩机接通状态下不运转,也进一步说明空调压缩机实际工作状态是异常的。压缩机实际工作状态可以通过空调控制单元的002组数据流来监测,读取数据为:空调压缩机电磁阀N280电流为0,压缩机转速为0,空调系统负荷为0。
检测至此,判断此车故障点应为空调压缩机电磁阀N280无工作电流,基本可以排除空调压缩机内部机械故障。电磁阀N280安装在压缩机的后端,准备拔下N280上的线束插头进一步检测,发现线束插头较松,当即插实后,空调可以正常工作,而且风扇开始运转。此时读取各测量数据块,“空调系统压力”为1200 kPa,“空调系统的风扇要求”为56.9%5“冷却风扇启动1,占空比”为62.0%。读取电磁阀N280的数据,电流从5mA到0.82A逐渐升高,空调系统负荷从0逐渐上升至5N?m。
3、故障排除
对松动的电磁阀N280线束插头进行处理,试车后确认空调系统恢复正常。
三、结束语
虽然该车的故障并不复杂,通过其它常规的检测方法也能够找到故障。但是在此想要说明的是,对于自动空调的维修,如果能够充分利用故障诊断仪,很多时候可以准确地找到故障点,特别是在检修比较复杂的空调故障时,往往能够对故障的检修很有帮助。
目前电控自动空调的控制逐渐趋于成熟化,但关键的信号处理仍存在很大的提高空间,需要进一步的加快控制的效率,第一时间感知环境,以更快的速度去调节车内空间温度,来进一步加强汽车的舒适性。在CAN总线技术基础上构建了基于CAN总线的汽车空调控制系统,并制定了空调系统的CAN通讯协议,最后引入PID控制算法完成了汽车空调系统的自动控制。将汽车空调控制系统CAN网络化,使得分散在不同位置的空调系统各节点可以共享信息,更好的配合。基于CAN总线的汽车空调控制系统的开发不仅提高了汽车空调的舒适性,而且还使得汽车空调能与其它车载CAN网络进行互连,从而加速了车身一体化的进程。
参考文献
[1] 崔冠乔.丰田卡罗拉自动空调结构原理及检修.2012.6
[2] 杨天桥.丰田汽车自动空调系统解析.2012.6