资源描述
制冷压缩机 速度 的 模糊控制 摘要 在这篇文章里，所提到的是在 通 常 应用于商业上的 蒸汽压缩制冷装之中，用模糊控制算法控制制冷压缩机的速度使之达到最有效的速度 来控制冷气的温度 。它主要的目标是根据模糊控制算法 ，通过 变换器 对 压缩机速度 进行 连续调控， 并估算节能效果；不同于 传统恒温控制 ，这里通过 控制压缩机冷藏容量， 施加给 控制压缩机 50 开关 运转频率 。 通过控制压缩机的电动机的供电电流达到的速度 变化范围是 30由于 转动频率过低 会有因飞溅系统而出现的润滑问题， 现今所提供的压缩机转动频率一般不考虑小于 30。 在这个范围， 在 二个最适当的工作流体之中， 可以 代替 很多 ，例如 125/3/25/52%组 )和 143A 50/50%组 )比较好。压缩机速度 模糊控制与传统的温度控制相比，更多的 用于冷藏和其他制冷系统 。 实验结果 表明， 当 为工作流体时， 可以达到 显著的节能 效果， ( 13%)。 值得注意的是 ，从节能观点 看， 当压缩机速度变化时 可以达到 的最佳的 效果。 另 外， 考虑到 变换器费用 问题 ， 回收期 要比 可接受 的产品型号更 具 有决定性 。 关键词 ： 压缩系统 ; 冷室 ; 活塞式压缩机 ; 易变的速度 ; 章程 ; 模糊逻辑 ; 引言 蒸气压缩冷却装置，虽则被设计满足最大载荷，但为了延长寿命，通常在部分装载下工作，并通过开关周期调控，在 50 样就决定了高能消耗量的恒温控制。 而且，制冷时耗电量低被认为间接的释放了温室气体 ; 改进上述的系统的能量转换效率可以减少这种排放物。 各种各样的冷藏容量控制方法和部分装载理论表明压缩机速度变异是最高效率的技术 。 1,2。 冷藏容量控制这个方 法在最近 3 10 年已经被分析研究，包括提高压缩机的速度以不断的达到制冷效果。 变换器可以被用于调控压缩机速度。 有电子易变速度驱动的不同的类型，但是脉冲宽度调整变换器(于它的低成本和高效率而最适用。 冷藏容量的此种控制应用于商业压缩机，虽则在节能上有优势，但也有某缺点例如设备的费用和由压缩机润滑和可靠性 11,12带来的麻烦。 最后问题是，当热转换器的次要流体在气相时，例如在被审查的工厂中时，是有害的。但是当次要流体在液体阶段时 13它似乎是有利的。 因此，本文的主要目的是设定控制器能够连续调 控没有油泵的缩机和其他小型制冷设备。 这种控制允许我们在任何时候调整压缩机冷藏容量以得到冷却载荷，因此压缩机可能也运转在其他频率小于 50 当传统的温度控制用于冷藏或其他小型制冷系统时，压缩机只能工做在 50 特别是，对比于常用的蒸气压缩冷却装置，本文提到了根据模糊逻辑的控制算法，能选择在冷藏气温的作用的最适当速度的压缩机 。 除模糊逻辑之外，压缩机速度控制也许可以通过其他技术也获得例如传统比例缺一不可和 制 14 18。 特别是，模糊逻辑控制，比较 许根据设备工作状况更好的使 用实验性知识和采取一个非数学的模型的控制逻辑。 而且，关于 制的一个模糊控制器有时需要有可比性，或者在指定的工作点工作的更好。 除提到一个模糊控制器以外当冷却装载上有突然变化时调整时间快跳动小是其显著的动力特征 ; 所有这通常导致一个鲁棒控制 22 24。 因此，实验性测试指导比较了工厂使用压缩机冷却容量控制系统的能力，模糊算法和确定压缩机开 0 频率。 被测试的工作流体， 主要是125/3/25/52%)和 要是 0/50%)，是 最有替代性的。 2. 实验工厂 蒸气压缩实验设备，如图 1 所示的商业上通用的设备，是由以下部分组成， 一台液体接收器，一台空气冷凝器， 三极管 与二个扩展阀 门，一个是恒温的一个是手工的，靠这些支撑冷藏室里面的一台 蒸汽压缩 器工作。 就想厂商所说的，压缩机可用流体 作 ; 它用聚酯油润滑，并且它的速度通过 并有一 组 三相电压的整流器，即直流 380 V， 50 一个直 相交流电压 变换器 ; 产品的变换器可调整电压的频率。 与两个阀门的 三级 管可以解决可能的麻烦，因为当压缩机速度变化时，扩展阀们的工作是未知的 13。 使用的扩展阀门是为 别设计的。 使用 工作在 50 ，当温度在 10 C 时冷凝器的容量在 围内变化较大。 为固定在冷凝器气温和模仿外部条件，在一个决热的通道向其 风。使用调节器控制电阻可得到确定的温度。在一些实验性测试中，可通过与调节器有关的电暖气来模拟冷藏负载，并且通过电力计测量电压。 表 1 列出了使 用的变换装置的规格。 测试用具命名原则 数表现 放射 性 (W) 具体放射本能 (J/f 压缩机电动机电源频率 ( 压缩机功率输入 (W) 质量流率 (kg/s) _Q 热力 (W) T 温度 (8C) 环境温度 (8C, K) T 时间 (s) 冷藏气温 (8C) 调整点温度 (8C) 希腊标志 h 效率 焓变异 (J/ 温度区别 (8C) T 无 维的 下标 压缩机 毁坏 蒸发器 入口 等熵 热力学 出口 冷冻剂 装有与个人计算机连接的 32 张位 A/D 卡片，它有高采样率并通过变换装置模拟结果。 数据收集软件在境里已经实现，并且能通过一个可以平衡能量和放射的软件评估 507的热力性质。 图 统 的剪影 表 1 格 3 实验描述 要评估使用时产品的性能，有必要比较一下在 50 量。 在实验性测试，冷却的装载的不同的类型已经考虑了。 首先，当对冷藏门有周期性开关和与室外空气不可避免的热交换时的实验已经实现了。 这些实验已经在各种各样的温度下测试完成了，每隔 20分钟就打开冷藏库门 5分钟，这样得到的冷库温度正好在 外在有些测试中冷却负载可通过位于冷藏室的可控制电子加热器获得，而在其他测试真正的冷却负载被认为是可以保存 200 在这前二个情况下，每 10分钟打开冷藏门来模仿真正的工作环境 ; 而且，实验在冬天和夏季都进 行了测试。 在夏天的测试中由于电暖气加热而是冷凝器外面的温度保持在 在冬天室外 C 0 2 kg/100 00 8C 1 10 1 30 3 60 420 V; 0 16 A 用质量流率 00 4 根导线 测量仪绝对 电压的 压力 电力计 电能 准确性 范围 变换装置 气温被保持在 10. 8C。 实验结果主要为体现耗电量，它由好耗电能米来衡量，并由节能效果评估得到。 这个持续 2天的测试，已经实现了 507。 模糊逻辑代表允许我们获得从隐晦，模棱两可或者不定的信息的被定义的解答的方法学。 对于此模糊的过程非常类似那人脑能够发现被定义的结论从接近的信息和数据开始。 与经典逻辑方法对比，那要求描绘现象的数学模型等式的一个确切的定义，模糊逻辑允许 我们解决不明确定义的问题，并且为哪些是困难的，甚至不可能，确定一个确切的数学模型。 所以，人的经验和知识为此种塑造是必要的。 特别是，模糊逻辑是非线性控制问题的解答的一个合法的选择。 实际上非线形性通过规则、会员资格作用和推理过程被对待，保证更加简单的实施和较小设计费用。 在另一边一个非线性模型的线性略计是足够简单的，但是它有限制的缺点控制表现，并且可能发生，在一些情况中，昂贵。 而且，模糊控制器是健壮的并且允许我们通过使用其他规则或会员资格作用体会在一个非常单一方式上的改善或变化。 模糊控制的许多例子可以 在一些最近应用找到。 特别是，在热化透气和空调产业有气温和湿气 25 28的 各种各样的模糊控制应用。 一个模糊控制器的设计需要三个根本阶段。 第一是建立输入和输出可变物。 第二是定义输入和输出可变物的会员资格作用。 为时是选择或公式化控制规则。 本文的主要目标是确定一个模糊控制器能够调控电的压缩机 在图 2商业 藏气温的模糊控制过程的结构图报告。 图 特 别是，图显示二输入一产品模糊控制器。输入变数是在调整点温度和空气的真正的温度的之间温度区别在冷藏 ( T)， d（ T） /的 ; 模糊的输出变量是压缩机电动机（ f）的供应潮流的频率： 模糊逻辑根据代表可变物的可能的价值的决心的模糊设置了。 关于传统逻辑理论的模糊的理论，元素可能属于或不一个特殊集合，允许元素的部份会员资格对集合。 可变物的每价值描绘的是为改变与连续性从零到一个的会员资格价值。 因此，定义建立可变物的会员资格率在某一集合易变的其中每一的会员资格作用是可能的。 从一个有效的观点，模糊的控制器接受输入变数的价值，进行有些操作并且确定产品价值。 这个过程描绘的是为三个主要阶段： 模糊控制 推断 机制和 模糊运算 。 模糊运算 过程准许变换被定义的价值成模糊的价值 ; 推断过程确定产品模糊通过根据实验性现实被固定的规则 ;关于模糊控制 过程允许变换模糊的产品成被定义的价值。 模糊逻辑的主要困难用好具体经验的必要在设计的和一个模糊控制器的大厦连接。 因此，至于调控的参量一些实验性考虑考虑到我们设f d（ T） / T 输入值 数据收集系统 冷藏 模糊控制器 供 选择的压缩机 置交换的压缩机速度的控制变量。 是确切规则和 特殊 资格作用的选择可以适当地改变控制器。 然而 ，将被考虑从节能观点控制压缩机速度一定是方便的，因为它运作以更低的频率，但是在这种情况下需时得到调整点温度将是主要的与必要的时间比较，当压缩机运转以一个 50 词性的词频率。因此，它也许有时发生，既使当压缩机为频率运转更低比那有名无实那些的节能也许部分地获得，因为压缩机的确运转以更低的频率，但是在许多时刻。 因此，为了调控压缩机的工作时间以更低的频率是重要的，当模糊算法输入和输出可变物会员资格作用将被定义时，子集数字的选择，并且的它的宽必须是适当和引导由实验性知识。 关于规则的选择做相似的考虑是必要的。 为此建议的算法会员资格作用和规则从作者实验性地被核实了。 表 2 显示固定的规则设置被用于的算法和五个模糊的子集描绘输入和输出语言可变物标记用以下标签： 非常低(低 (l)、中等大小 (高 (h)和非常高 ( 表 2 模糊 算法规则 至于声调会员资格作用比调整控制规则，注意集中这里于前，为了体会压缩机速度控制的容易一个健壮模糊控制器。 在要了解供选择的压缩机的控制特征的一些实验性考虑，在 图 3 5的会员资格作用为在调整点温度和空气的真正的温度在冷藏，这个温度区别衍生物与时间和压缩机马达供应潮流的 频率的之间之后温度区别被定义了。 三角会员资格作用，与一个中心和二个极限，被采取了得这里。 关于温度区别报道的范围位于在 0和 13 C (图 3)之间。 图 区别 为了增加模糊控制器的敏感性作为冷藏气温方法调整点，会员资格作用勉强地调整对 于与温度区别的时期的衍生物 (图 4)， 图 范围包括在 。 当冷却的装载突然时，变化被考虑了作为与也考虑到主要快速的变异的衍生 物的易变的输入 ; 当冷藏门是开放的，这发生。 要增加控制器的敏感性关于衍生物的变动的率与温度区别的时期的，模糊的子集也许有一个更小的定义，或许范围从 然而，令人满意的结果可以得到与模糊的子集的早先定义。 在考虑的压缩机马达电源频率的价值输出模糊的子集会员资格作用 (图 5)，位于范围 30 50 考虑价值在 30 下，因为压缩机振动和噪声增量相当地与润滑麻烦一起由于飞溅系统增量是不可能的。 图 被使用的推断机制是 产品的方法， 以 极小的操作 被 ， 产品 29 31替换。 因为这些可变物的作用对彼此更加有效地，得到这个机制允许在输入和输出可变物之中的一个更好的 逻辑 推理。 被采取的 专家控制 方法根据一个复合集合的许多中心的决心 ; 如此模糊的产品把变成一个明确定义的类推信号 32,33。 控制算法，根据模糊逻辑，在 一定 环境被建立了。 特别是，这种算法提供作为输出变量可以由变换器连续地用于控制压缩机速度的电压信号。 几个实验性测试进行解释节能可获得与模糊算法与古典恒温控制，那比较确定运转以 50 个有名无实的频率压缩机的开关周期。 更要好模仿冷藏的真正的工作环境，冷却的装载的各种各样的类型被考虑。 特别是，在实验性测试电暖气或水果和蔬菜被采取了作为冷却的装载。 而且 当冷藏门是闭合的时，进一步装载发生归结于冷藏门的周期性开头并且由于与室外空气的不可避免的热交换。 在图 6当冷却的装载是仅交付的对冷藏门的周期性开头时， 根据电能消耗量的比较，被测量通过适当的电能米，在古典温箱 on图 6. 电能消耗量使用模糊控制和恒温控制 (冷却的装载 ! 周期性开头冷藏门 )。 实验性测试体会为冷藏气温被固定在 25， 0和 5 8C 和为得到的恒定的冷却的装载打开冷藏门大约 5分钟的每 20 分钟与室外气温大约 18 8C。 一可能明显地观察能源消耗增加，当冷藏气温减少。 这归结于事实恒定的冷却的装载为所有冷藏气温被考虑了和，因此必要的时间到达温度 25 8C 将是更加伟大的，并且确定更高的电消耗量。 而且，观察是可能的节能获得与算法关于温箱在平均大约 10%，即使它慢慢地明显地减少， 当冷藏气温减少时，因为在之下这情况压缩机的工作时间增加。 当冷却的装载是交付的对冷 藏门的周期性开头和对电暖气的出现时， 在图 7 压缩机的电能消耗量可获得与二个控制系统，与 407告在夏天和在冬天。 在这些实验性测试与电暖气有关被认为一个电力常数大约 200 W。 被观察最佳的表现与允许，与压缩机速度连续的控制，媒介节能大约 13%与被考虑的两室外气温的恒温控制比较的 特别是，在夏季的绝对电能消耗量高于那约为 5%冬天季节，即使在二个季节的节能实际是相同的。 在图 8，当使用时，能源消耗与真正的冷却的装载有关，代表由 200 被考虑模糊控制和恒温控制。 另外，在这种情况下最高的节能通过与 3%关于通过恒温控制获得的那个。 选择 10 8果根据节能实际是相同的。 窗体底端在图 7 当冷却的装载是交付的对冷藏门的周期性开头和对电暖气的出现时， 压缩机的电能消耗量可获得与二个控制系统，与 407告在夏天和在冬天。 图 7. 电能消耗量使用模糊控制和恒温控制 (冷却的装载 ! 电暖气 )。 在这些实验性测试与被认为一个电力常数大约 200 被观察最佳的表现与允许，与压缩机速度连续的控制，媒介节能大约 13%与被考虑的两室外气温的恒温控制比较的 特别是，在夏季的绝对电能消耗量高于那约为 5%冬天季节，即使在二个季节的节能实际是相同的。 在图 8 当使用时， 能源消耗与真正的冷却的装载有关，代表由 200 考虑模糊控制和恒温控制。 图 507 和 温控制 (冷却的装载 ! 水果和蔬菜 )。 另外，在这种情况下最 高的节能通过与 模糊控制是可获得的并且是大约 13%关于通过恒温控制获得的那个。 选择 10 8果根据节能实际是相同的。注意到是重要的，模糊控制系统准许到达在冷藏需要的空气的温度和维护它的在范围 1 8 因为它对应于温箱的有差别的带，最后价值是可接受的。 与恒温控制比较，要解释节能的原因可获得与准许连续地调控压缩机速度的一种模糊控制算法，对冷却装置的组分的 模糊 分析在变化体会压缩机速度。 为此，它发生更加正确体会在稳定条件的 模糊分析而不是过渡状态，从压缩机速度模糊控制获得 ，再选择同样条件根据压缩机冷藏容量。 特别是，与每个频率的冷藏力量 30相应， 35， 40， 45， 50 这实验性分析执行了相关对夏季，与在冷凝器的室外温度被保留在大约 32 8C，但是近似结果在其他工作环境也得到了。 特别是，当 变化压缩机速度，横跨阀门的压缩比是低的时，在冬天季节体会的测试核实正确冷却液分片。 析准许得到关于植物共计不可逆性发行的重要信息在组分之中。 整体植物率被评估了作为在输 入的放射本能产 品和放射本能之间的比率并且可以被表达如下： 1 1） 为植物的每个唯一组分可以体会评估放射本能毁坏的准确分析。 特别是，在冷凝器毁坏的放射本能流程被评估如下： e s )( ,2） 在蒸发器毁坏的放射本能流程被评估如下： e s )( ,3） 度可以被定义如下： 1 4） 哪里 是环境温度，当 空气为蒸发器和冷凝器适当地被评估。 在压缩机毁坏的放射本能流程，忽略与环境的热传递，被评估如下： e s )( ,5） 在阀门毁坏的放射本能流程被评估如下： )( , e s 6） 效率瑕疵为植物的每个设备被评估了，就在每个组分毁坏的放射本能流程和要求的放射本能流程之间的比率而论承受过程，即电能被提供给压缩机： , 7） 这 组 的效率瑕疵与 率全植物连接通过以下 关 系： i 1 8） 在图 9根据 使用时 507，报告对哺养压缩机的潮流的频率 ; 而且，在图 9蒸发力量的价值和电能消耗量的趋向也报告。 实验性测试被执行了为在冷藏安定的气温相等与0 C 和为每个频率 30， 35， 40， 45，压缩机电动机供应潮流的 50 压缩机可能提供以选择的频率的确切的冷藏容量被考虑了作为冷却的装载通过位于冷藏的一些可控制的电暖气。 公式 到在图显示的温度， 图 9，率跟随警察的趋向。 将注意到，当压缩机速度减少时警察增加。 特别是，观察是必要的，当压缩机速度减少时，热转换器的全球性传热系数是实际恒定的，因为气温的变异在蒸发器的是微不足道的，空气流量率是恒定的，并且冷却液传热系数的影响对热传递全球性系数是小的。 因而断定在减少压缩机速度，并且因而冷却液质量流率，温度区别在冷凝器上和在蒸发器上将是更低的，并且因而因而更低的结露压力和更高的蒸发压力，如图 10所显示与冬天季节有关，将得到。 图 9. 率与 407C 有关对压缩机电动机供应潮流频率。 在这些情况压缩比和空气和冷冻剂之间的平均温差在蒸发器和在冷凝器减少 ; 因此在压缩机毁坏的放射本能13,34,35减少并且在热转换器毁坏的放射本能，而警察和 当压缩机速度减少，扩展阀门的不可逆性减少。 当压缩机速度减少时，这与压缩比减退连接由于蒸发器压力增量和对结露压力减退。关于在 9与 察是必要的它是交付的首先对 大的冷藏容量和对它的更小的压缩比，当压缩机速度减少时 (图 10)。 图 然而，一个更加详细的分析在 36,37。 要了解在冷却装置的组分毁坏的放射本能在何种程度上影响能源消耗，在图 11比较报告，提到 植物的每个组分的效率瑕疵之间，当压缩机运转以50 在每个组分时的效率瑕疵有名无实的频率，当冷却装置经营以 30 频率。图 507 冷冻剂流体有关 其外，提到图 11观察在植物中对总放射本能毁坏的 唯一组分的影响是可能的。 特别是，注意到是有趣的，当压缩机经营以 30 缩机的效率瑕疵是相等的到 30%; 在热转换器效率瑕疵的价值近 (19%冷凝器 ; 17%蒸发器 ); 在阀门效率瑕疵是更低的 (10%)。 由于他们的高效率瑕疵，为了增加整体植物表现，压缩机和两热转换器必须被优选，而对阀门 不可逆性的贡献。 要得到进一步确认节能可获得，当使用压缩机速度的连续的控制和确定在冷却装置中毁坏的放射本能的影响对能源消耗时，比较及时毁坏的放射本能在植物中是可能的，当及时时运转以 50 冷却装置经营以 30 率，在假说时蒸发力量是同样与恒温控制的测试的和那些的与算法如实验性测试所显示与 图 （ 6和 8） 有关。 因此，就根据 率编辑的效率瑕疵定义而论 )1( ; 得到以下等式是 ： 505030505050)50(30)30(50)50()/()/()/( e e e e e e s 那里50间 ，当植物运作分别在 50 当温箱工作 )时和在 30 可能的运作的频率，当使用模糊控制 )。 从这个等式观察是可能的及时毁坏的放射本能的百分比偏差在植物中与在 30和 50 电能消耗量连接。观察是重要的为假说考虑了期限 （ 是恒定的，并且通常在 50 温箱打开时，植物为大约 70%总工作时间运作 因此，就在冷却装置的组分毁坏的放射本能而论的价值被服从对冷藏实验性地确定为 2 8C，全球性放射本能的百分比偏差关连毁坏及时，并且的能源消耗是相等的到大约 13%。 这价值非常近对在报告之 上的实验性分析获得的节能的价值恒温控制与模糊控制比较。 终于，是重要的观察变换器效率是等级 95% 38和做关于便利的一些经济考虑在采取根据使用的控制逻辑变换器。 参见 0%在 (30 50 被考虑的整体范围频率。 而且，当它经营在 50 ，就冷藏的一个真正的工作条件而论压缩机在大约 7 在这些情况下节能对应于大约每年 500 变换器费用的评估被考虑的压缩机电力的和进一步追加成本与压缩机速度控制的应用连接了，准许 知道回收期是大约 3年。 6 结论 在这文章，提到的市场上通用的蒸气压缩冷却装置，也就是传统的恒温控制，加开关周期使运转在 50 在 境里根据模糊逻辑建立的控制算法比较。 这种算法能选择在冷藏气温下工作的最适当的速度。 制造出了可变速压缩机。 被测试的流体， 507，是在 最适合做替代的。通过控制算法和由传统恒温控制的压缩机速度的实验对比已经在多种实验条件下完成。 使用根据模糊逻辑的压缩机速度控制算法与恒温控制比较可以节能 13%。 与 较，在 节能与 能的原因和由模糊控制的最佳工作状态已通过确定组分的效率瑕疵和植物的率的变化分析得到。 而且，对压缩机电力的变换器费用的分析以及与压缩机速度控制的维护费用的分析，得到回收期一般为 3年。 参考文献 1 ， 速冷藏压缩机的 行动 缩机技术会议 国 ; 1984 年 . 、 2 M， 划。 热化管道系统的空调 1989 年 ; 135 43. 3 ， . 出 1998 年 ; 53 66. 4 ，哈密尔顿 尔逊 可能的能源节约通过使用易变的容量压缩机。 行动 缩机技术会议 国 ; 1974 年 . p. 50 5。 5 ， ， 们。 在家庭冰箱的易变速度密封压缩机。 第 20 国际国会冷藏，悉尼，澳洲的行动 ; 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