Инициативный проект ОАО ПКФ "МАГРИ" и группы московских инженеров | English version |
![]() ![]() |
![]() ![]() ![]() |
![]() |
УД
К 641.546.44
Новая система терморегулирования бытовой холодильной техники класса ХОЛТ
Использование естественной тепловой энергии окружающей среды в новом классе бытовой холодильной техники, получившем название ХОЛТ, дает возможность существенно снизить потребление электроэнергии. Разработка этой техники потребовала решения ряда задач. Одна из них - необходимость создания новой системы терморегулирования, учитывающей особенности ХОЛТа. При разработке этой системы необходимо было учесть следующие факторы. Во-первых, терморегулятор ХОЛТа должен иметь, как минимум, второй канал для автоматического управления процессом термостабилизации в режиме обогрева холодильной камеры, когда наружная температура опускается ниже уровня температуры в камере ХОЛТа. Во-вторых, при широком диапазоне изменения наружной температуры из-за сезонных и суточных ее колебаний (иногда весьма резких) способ косвенного регулирования не может обеспечить основного требования по поддержанию в камере температуры в пределах 1...8 °С. Так, даже в диапазоне комнатных температур при использовании традиционных терморегуляторов изменение температуры в холодильной камере может достигать 8...9 °С (при постоянной "уставке" - заданной температуре Q3) [2]. И в-третьих, должна быть обеспечена работоспособность парокомпрессионного агрегата в условиях наружных температур. В ОАО ПКФ "МАГРИ" разработан электронный терморегулятор, обеспечивающий требуемую точность выдерживания температуры в рабочей камере ХОЛТа и минимизацию его электропотребления. На рис.1,а приведена функциональная схема системы терморегулирования для однокамерного ХОЛТа [З], построенная на основе способа прямого регулирования. Регулируемая температура измеряется непосредственно в объеме рабочей камеры датчиком 2. По сигналу обратной связи с этого датчика формируются управляющие команды sx, sн как в канале I управления парокомпрессионным агрегатом, так и в канале II управления электронагревателем. Пороги срабатывания управляющих элементов (температуры включения и отключения холодильного агрегата и электронагревателя) выбирали исходя из следующих требований. •
Температура Qв в холодильной камере ХОЛТа в процессе термостабилизации,
как и в обычном бытовом холодильнике, не должна выходить за пределы
1...8 °С, но при всех возможных для умеренного климата сезонных
и суточных колебаниях наружной температуры. В таблице приведены номинальные значения параметров настроек управляющих элементов терморегулятора ХОЛТа с рабочей камерой объемом 200 л, определенные по результатам математического моделирования процессов термостабилизации и стендовых испытаний. Для имитации сезонных и суточных изменений наружной температуры при испытаниях использовали термокамеру, в которую полностью или частично устанавливали ХОЛТ.
Для обеспечения работоспособности холодильного агрегата при температуре наружной среды ниже допустимого для него предела (16 °С) в ХОЛТе предусмотрен автоматический подогрев компрессора. На рис.1, б приведена функциональная схема терморегулятора с дополнительным каналом III управления подогревом компрессора [4] (канал II на схеме не показан). Особенность процесса управления холодильным агрегатом состоит в следующем. Включение режима охлаждения по команде sx управляющего элемента канала I произойдет лишь тогда, когда температура, измеренная на поверхности компрессора датчиком II, превысит заданную пороговую, при которой должен выключиться подогрев. В тоже время подогрев (по команде sнк) не может включиться при отсутствии команды sx на включение режима охлаждения. Это позволяет свести к минимуму затраты электроэнергии на подогрев, поскольку в диапазоне наружных температур, не требующих включения режима охлаждения (ниже примерно 5...1 °С), не будет включаться и обогрев компрессора. Этот алгоритм работы терморегулятора обеспечивается логическими элементами типа "И" (И-1, И-2), введенными в каналы управления I и III. Пороги срабатывания управляющего элемента канала подогрева выбирают из следующих соображений. Порог включения устанавливают несколько выше нижней предельно допустимой для компрессора температуры (16 °С), измеренной на поверхности компрессора. При этом порог выключения выбирают таким, чтобы слишком малый дифференциал не приводил к преждевременному отключению режима охлаждения. Настройки порогов срабатывания управляющего элемента канала подогрева III зависят также от параметров ХОЛТа и его агрегатов (объема холодильной камеры, мощностей компрессора и электронагревателя компрессора, параметров канала I терморегулятора). Следует заметить, что при совместном управлении холодильным агрегатом и подогревом компрессора может несколько возрасти динамическая ошибка регулирования температуры в рабочей камере ХОЛТа. Это объясняется задержкой включения режима охлаждения, требуемой для подогрева компрессора на 10...15 °С (от температур около 5...1 °С, где еще может иметь место режим охлаждения, до температуры ? 16 °С, допускающей включение холодильного агрегата). В разработанном терморегуляторе для однокамерного ХОЛТа с рабочей камерой объемом 200 л, компрессором СКМ-100, мощностью элемента подогрева компрессора 25 Вт, при настройках управляющего элемента канала I терморегулятора, указанных в таблице, выбраны следующие номинальные значения порогов срабатывания управляющего элемента канала подогрева III: 17
°С - включение подогрева; Математическое моделирование процессов терморегулирования и стендовые испытания ХОЛТа показали, что при выбранных параметрах терморегулятора поддержание температуры в холодильной камере в пределах 1...8 °С обеспечивается во всем диапазоне сезонных и суточных колебаний наружных температур, характерных для умеренного климата. Уровень среднесуточного электропотребления ХОЛТа при его работе в условиях наружной среды по сравнению с его же энергопотреблением в отапливаемом помещении снижается в 2-3 раза в зависимости от температур в различных климатических зонах Земли. Временная задержка включения режима охлаждения из-за подогрева компрессора зависит от наружной температуры и не превышает 30 мин. При этом изменений характера динамики процесса терморегулирования и возрастания динамических ошибок не наблюдается. На рис. 2 в качестве примера показан процесс регулирования температуры в рабочей камере ХОЛТа предложенной системой управления при воздействии суточных колебаний наружной температуры, полученный экспериментально. Температуру наружной среды при стендовых испытаниях имитировали в термокамере. Рассмотренная схема терморегулятора реализована на элементах электронной техники. В качестве датчиков температуры используются терморезисторы СТЗ-6. Все управляющие устройства выполнены по схеме компараторов на микросхеме К1401УД1 с четырьмя операционными усилителями. Логические элементы реализованы на транзисторах КТ-315. Исполнительные устройства терморегулятора, коммутирующие цепи электропитания компрессора (через его пускозащитное реле), электронагревателя рабочей камеры и подогрева компрессора выполнены на основе симистора типа ТС106-10 с микросхемой управления МОС-3083. Одно из существенных преимуществ электронных систем по сравнению с механическими и электромеханическими заключается в возможности их совершенствования без серьезных изменений конструкции с обеспечением непрерывно растущих требований по точности и выполняемым ими функциям. В частности, для ХОЛТа с морозильным отделением в базовую модель терморегулятора, выполняющую минимум необходимых для работы ХОЛТа функций, вводится еще один канал, аналогичный каналам I и II. Имеется также возможность повысить точность регулирования и дополнительно снизить электропотребление ХОЛТа за счет использования схем самонастройки, например путем коррекции параметров терморегулятора по информации о температуре наружной среды [3] и т.п. Разработанная базовая модель терморегулятора прошла лабораторные испытания и сертифицирована в составе ХОЛТа. Уже выпущена установочная партия терморегуляторов. Стоимость их не выше стоимости современных зарубежных электромеханических терморегуляторов.
В заключение следует сказать, что в новейших зарубежных бытовых холодильниках, предназначенных для работы только в помещении и, как правило, в очень дорогих сложных системах (например, No Frost) уже применяются электронные и даже компьютерные системы терморегулирования [1]. В этих системах, использующих способ прямого регулирования, повышена точность регулирования, расширены выполняемые функции (в основном сервисного характера). В некоторых источниках информации, например [5,6], имеются сообщения о попытках разработок отечественной промышленностью электронных терморегуляторов для бытовых холодильников. Однако на рынок отечественные холодильники с такими регуляторами до настоящего времени не поступали.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1.
Бабакин Б.С, Выгодин В.А. Бытовые холодильники и морозильники (справочник).
-М:
Материал
был опубликован в журнале This Russian CAD-users Web site owned by Russian Engineers Project. |
![]() |
![]() |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() |
Copyright 1999-2000 Компания Русские инженеры. Все права защищены. | Информация о сайте |