1、電子膨脹閥工作原理及其控制方法探討【摘 要】隨著制冷設(shè)備的發(fā)展，越來越多的高效節(jié)能空調(diào)產(chǎn)品面世。而作為制冷系統(tǒng)的四大部件之一，節(jié)流裝置在制冷系統(tǒng)中起著非常重要的作用，通過選擇應(yīng)用合適的節(jié)流機(jī)構(gòu)與制冷系統(tǒng)匹配是整個制冷設(shè)備降低能耗的重要一環(huán)。本文將對節(jié)流裝置其中之一電子膨脹閥的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及控制方法進(jìn)行分析。【關(guān)鍵詞】電子膨脹閥 ; 制冷 ; 節(jié)能 ; 節(jié)流裝置 ; 控制0. 引言電子膨脹閥作為一種新型的制冷系統(tǒng)控制部件，突破了傳統(tǒng)節(jié)流機(jī)構(gòu)的概念，它是制冷系統(tǒng)智能化系統(tǒng)化的重要環(huán)節(jié)和手段。空調(diào)設(shè)備在電子膨脹閥的應(yīng)用方面，突破了以前在機(jī)組設(shè)計過程中存在的某種系統(tǒng)屈從熱力膨脹閥的觀念，進(jìn)入膨脹

2、閥為系統(tǒng)優(yōu)化服務(wù)的新階段，其應(yīng)用使空調(diào)設(shè)備達(dá)到更高的控制精度及工藝要求，對于制冷行業(yè)的發(fā)展起著重要的作用。1. 傳統(tǒng)的節(jié)流裝置介紹傳統(tǒng)的節(jié)流裝置包括手動節(jié)流閥、孔板、熱力膨脹閥等。手動節(jié)流閥越來越少見，幾乎已經(jīng)被淘汰。而孔板只在某一些設(shè)備上使用，例如滿液式水冷冷水機(jī)等。熱力膨脹閥廣泛應(yīng)用于中央空調(diào)設(shè)備上。它既可控制蒸發(fā)器供液量，又可節(jié)流飽和液態(tài)制冷劑。根據(jù)熱力膨脹閥結(jié)構(gòu)上的不同，分為內(nèi)平衡式和外平衡式兩種。外平衡式熱力膨脹閥在大量使用，其工作原理是建立在感溫包內(nèi)工質(zhì)壓力、蒸發(fā)器出口壓力及彈簧力平衡的基礎(chǔ)上。但由于熱力膨脹閥的感溫包具有熱容量、傳壓毛細(xì)管的壓力傳遞以及機(jī)械動作等系列環(huán)節(jié)的時間滯后

3、， 故，其調(diào)節(jié)響應(yīng)速度、 精度等遠(yuǎn)比不上電子膨脹閥。2. 電子膨脹閥介紹2.1 結(jié)構(gòu)單從結(jié)構(gòu)上看，電子膨脹閥主要由閥體、閥針、線圈組成。而從控制實現(xiàn)的角度來看，電子膨脹閥由控制器、執(zhí)行器和傳感器3部分構(gòu)成，通常所說的電子膨脹閥大多僅指執(zhí)行器，即可控驅(qū)動裝置和閥體，實際上僅有這一部分是無法完成控制功能的。電子膨脹閥控制器的核心硬件為單片機(jī)，如控制器同時要完成壓縮機(jī)及風(fēng)機(jī)的變頻等控制功能，一般采用多機(jī)級連的形式。電子膨脹閥的傳感器通常采用熱電偶或熱電阻。22 電子膨脹閥特點電子膨脹閥相對于其它節(jié)流裝置，具有如下特點：更快的反應(yīng)速度。由于電子膨脹閥過熱度的計算是根據(jù)吸氣壓力傳感器及吸氣溫度傳感器的實

4、測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。因此實時過熱度能更快的反應(yīng)出來。更短的響應(yīng)時間。閥體從全關(guān)到全開只需要很短的時間。例如 alco 的 ex7 系列（冷量 330kw）5 秒；丹佛斯 ets250 （冷量1106kw）為 25.4 秒。更精確的調(diào)節(jié)功能。電子膨脹閥可實現(xiàn)對冷量從10100的無級調(diào)節(jié)。更準(zhǔn)確的監(jiān)控功能。 電子膨脹閥控制器通常都整合了諸如遠(yuǎn)程控制、故障診斷等功能。3. 電子膨脹閥開度控制方法的實際應(yīng)用了解步進(jìn)電機(jī)工作原理后，我們現(xiàn)在探討一下電子膨脹閥的開度控制方法。電子膨脹閥的開度控制與熱力膨脹閥一樣，根據(jù)系統(tǒng)的回氣過熱度進(jìn)行控制，只不過熱力膨脹閥是通過三個壓力平衡調(diào)整閥門的開度，而電子膨脹閥則通過

5、過熱度控制器來調(diào)節(jié)。我們知道：吸氣過熱度吸氣溫度蒸發(fā)溫度。因此所有的過熱度控制器都有兩種計算吸氣過熱度的方法：3.1 在吸氣管放置一個吸氣溫度傳感器測量吸氣溫度ti ，在蒸發(fā)器放置一個蒸發(fā)溫度傳感器測量蒸發(fā)溫度te ，而吸氣過熱度shti te 。這是最直接的測量方法。3.2 有時候在制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器處放置溫度探頭不是一件容易的事，像使用板式換熱器、非滿液式殼管式換熱器的空調(diào)機(jī)組。另外一種辦法就是在吸氣管放置一個吸氣溫度傳感器測量吸氣溫度ti ，在吸氣管安裝一個吸氣壓力傳感器測量低壓pi ，然后根據(jù)壓力與溫度的對應(yīng)表而查出對應(yīng)的蒸發(fā)溫度te ，此時過熱度照樣可以計算出來 shti te 。只不過

6、蒸發(fā)溫度是根據(jù)蒸發(fā)壓力pi 間接計算出來。注意不同的制冷劑需要用到不同的壓力與溫度的對照表。根據(jù)上述方法，計算出吸氣過熱度出來以后問題就解決了，我們先給控制器一個設(shè)定過熱度sh0，然后算出設(shè)定值與實際值（反饋值）之間的偏差 sh，采用最基本的pid 算法，在正偏差時（設(shè)定值大于實際值，過熱度偏小，供液偏多）減小閥門的開度以減小對蒸發(fā)器的供液量； 在負(fù)偏差時（設(shè)定值小于實際值， 過熱度偏大，供液不足）增大閥門的開度以增加供液量。最終的目的就是使得實際過熱度符合設(shè)定過熱度。本公司使用的控制器為卡樂evd4 控制器。卡樂的 evd4 驅(qū)動器屬于一個通用的過熱度控制器。其可編程的特性使其可與其它品牌的

7、電子膨脹閥兼容。例如可以驅(qū)動包括卡樂e2v 系列、 sporlansei 系列、 alco ex 系列、丹佛斯 ets 系列等常規(guī)用到的電子膨脹閥，應(yīng)用的冷媒種類也非常廣泛。evd4 控制器采用的是檢測吸氣溫度吸氣壓力計算過熱度的方法。本公司常規(guī)選用的壓力傳感器測量范圍是 017.3bar （表壓），溫度傳感器的測量范圍是 -50 105。卡樂 evd4 過熱度控制器控制過程與一般過熱度控制器的控制算法基本一致，這里不再詳述。 evd4 提供了一個通訊接口連接到電腦上對電子膨脹閥進(jìn)行監(jiān)控，通過監(jiān)控進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)和有效的報警管理。使用 evd4 時須注意設(shè)定如下參數(shù)：制冷劑種類，膨脹閥種類，過熱

8、度設(shè)定值，壓力傳感器的測量范圍。為了更精確的控制電子膨脹閥，還需要調(diào)整如下參數(shù)：是否為“過熱度過低”狀態(tài)提供報警，過熱度過低溫度，膨脹閥調(diào)節(jié)死區(qū)，調(diào)節(jié)的 pid 參數(shù)。4. 電子膨脹閥在空調(diào)設(shè)備的設(shè)計過程中要注意的問題4.1 吸氣壓力傳感器的量程問題。 我們設(shè)計選型時必須要考慮壓力傳感器量程的問題，避免機(jī)組在某種狀態(tài)下吸氣壓力傳感器超出量程范圍。例如當(dāng)系統(tǒng)停止運(yùn)行，壓力平衡時，有機(jī)會超出量程，此情況在某工程上的風(fēng)冷冷水機(jī)組設(shè)備上曾經(jīng)出現(xiàn)過（當(dāng)冷水機(jī)組冷凍水溫過高引起）。4.2 所有的電子膨脹閥都具有完全關(guān)閉功能，此功能可使空調(diào)系統(tǒng)管路上省掉一個電磁閥，電子膨脹閥具備電磁閥的功能，從而使系統(tǒng)優(yōu)化

9、及節(jié)約成本。每個電子膨脹閥的閥體都有它的機(jī)械止動點，驅(qū)動模塊在驅(qū)動閥體關(guān)閉時候的步數(shù)超過總步數(shù)從而實現(xiàn)完全關(guān)閉。舉個例子：丹佛斯ets250 總步數(shù)（開度 100）為 3810 步，但關(guān)閉時的步數(shù)為3900 步。這是為了防止步進(jìn)電機(jī)失步而導(dǎo)致閥體不能關(guān)緊的情況。4.3 當(dāng)電子膨脹閥與數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)配合使用的時候必須注意，由于數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)采用的是把高壓氣體旁通到低壓的方式進(jìn)行卸載，因此會造成吸氣壓力的波動。如果采用檢測吸氣溫度、吸氣壓力的方法計算過熱度的方法會導(dǎo)致實際過熱度變化頻繁，從而使控制器不斷調(diào)整膨脹閥的開度。因此，在數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)系統(tǒng)上最好使用檢測吸氣溫度、蒸發(fā)溫度來計算過熱度。5. 應(yīng)用實例電子膨脹閥在我公司產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，目前主要應(yīng)用電子膨脹閥的空調(diào)機(jī)組有兩種：5.1 小冷量工業(yè)空調(diào)。在我公司某些產(chǎn)品上已經(jīng)普遍應(yīng)用電子膨脹閥，例如小冷量屋頂式空調(diào)機(jī)組。其用到的電子膨脹閥是卡樂的e2v 系列。5.2 單系統(tǒng)冷量在 500kw以上的水冷冷水機(jī)組。 其用到的是丹佛斯 ets250/ets400 電子膨脹閥。電子膨脹閥優(yōu)良的過熱度調(diào)節(jié)品質(zhì)，保證了空調(diào)設(shè)備的控制精度及運(yùn)行穩(wěn)定性，為用戶提供了優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。6. 結(jié)束