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(shí)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(gè)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(shí)際檢測(cè)冷凝器盤管的溫度變化，通過對(duì)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(shí)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(shí)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(hào)：TU834 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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?yàn)橹w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(diǎn)溫度時(shí)，因而凝結(jié)成冰，冰層慢慢變厚，隨著時(shí)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(shí)開啟電磁閥，使蒸發(fā)器受熱，冰塊加熱后會(huì)脫離制冰柱，控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)制冰盒，將冰和水一起倒入儲(chǔ)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(shí)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(dòng)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(huì)有液態(tài)制冷劑流入壓縮機(jī)，這樣會(huì)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(gè)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(duì)整個(gè)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(shí)，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(shí)是一個(gè)變負(fù)荷的過程，使得制冰機(jī)大部分時(shí)間處于低負(fù)荷狀態(tài)，運(yùn)行效率較低，能耗提高。

對(duì)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(fèi)，所以我們需要針對(duì)負(fù)荷的改變及時(shí)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(duì)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(shí)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(jiǎn)單控制，這樣，冷凝器出口制冷劑的溫度會(huì)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(diǎn)，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(dòng)勢(shì)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(shí)，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(cè)冷凝器盤管溫度，根據(jù)負(fù)荷的狀況和已制冰的時(shí)間，可以隨時(shí)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(gè)變負(fù)荷的過程，在實(shí)際制冰過程中，需要檢測(cè)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(shí)現(xiàn)整個(gè)制冰機(jī)系統(tǒng)的性能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的制冰系統(tǒng)。

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