電氣自動化外文翻譯

1、<p>　　制冷壓縮機速度的模糊控制</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　文章提到了通常應(yīng)用于商業(yè)上冷藏室的蒸汽制冷壓縮機，用模糊控制算法控制制冷壓縮機的速度達到最優(yōu)來實現(xiàn)制冷。其主要目標是根據(jù)模糊控制算法（通過變換器對壓縮機速度進行連續(xù)調(diào)控）估算節(jié)能效果；不同于傳統(tǒng)恒溫控制，這里通過施加給控制壓縮機50Hz的開關(guān)運轉(zhuǎn)頻率控制壓縮機

2、冷藏容量。通過控制壓縮機的電動機的供電電流達到的速度變化范圍是30-50Hz，由于轉(zhuǎn)動頻率過低會有因飛濺系統(tǒng)而出現(xiàn)的潤滑問題，現(xiàn)今所提供的壓縮機轉(zhuǎn)動頻率一般不考慮小于30Hz的。在這個范圍，在兩個最適當?shù)墓ぷ髁黧w之中，可以代替R22的有很多，例如R407C (R32/R125/R134a 23/25/52%組)和R507 (R125/R143A 50/50%組)。壓縮機速度模糊控制與傳統(tǒng)的溫度控制相比，更常用于冷藏和其他制冷系統(tǒng)。 實驗

3、結(jié)果表明，當R407C作為工作流體時，可以達到顯著的節(jié)能效果(≤13%)。值得注意的是，從節(jié)能觀點看，當壓縮機速度變化時可以達到最佳的效果。 另外，考慮到變換器費用問題，回收期要比可接受的產(chǎn)品型號更具有決定性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：壓縮系統(tǒng);冷室;活塞式壓縮機;易變的速度;章程;模糊邏輯;R407C; R507</p><p><b>　　1.引言</b>&l

4、t;/p><p>　　設(shè)計的蒸汽壓縮冷卻裝置滿足最大載荷，通過開關(guān)周期調(diào)控工頻運行且恒溫控制，這決定了高能消耗，因此為延長壽命，通常在部分負載下工作。而且，制冷時電能效率低 被認為是間接釋放了溫室氣體;改進上述系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率可以減少這種排放物。各種各樣的冷藏容量控制方法和部分負荷理論表明壓縮機速度變異是最高效率的技術(shù)[1,2]。 在最近3–10年已經(jīng)研究出冷藏容量控制方法，包括提高壓縮機的速度以達到不斷制冷。變

5、換器可用于調(diào)控壓縮機速度?，F(xiàn)在電子變速驅(qū)動有不同類型，但是脈沖寬度調(diào)整變換器(PWM)由于它的低成本和高效率而最適用。冷藏容量的此種控制應(yīng)用于商業(yè)壓縮機，雖則在節(jié)能上有優(yōu)勢，但也有某缺點， 例如設(shè)備費用及由壓縮機潤滑和可靠性[11,12]帶來的麻煩。最后問題是，當熱轉(zhuǎn)換器的次要流體在氣相時，例如在被審查的工廠中時，是有害的。但當次要流體在液體階段時[13]似乎是有利的。因此，本文的主要目的是設(shè)定控制器能夠連續(xù)調(diào)控沒有油泵的壓縮機和其他小

6、型制冷設(shè)備。這種控制允許我們在任何時候調(diào)整壓縮機冷藏容量以得到冷卻負荷，因此壓縮機也可能運轉(zhuǎn)在小于50 Hz頻率下。 當傳統(tǒng)的溫度控制用于冷藏或其他小型制冷系統(tǒng)時</p><p>　　2. 實驗工廠 蒸汽壓縮實驗設(shè)備，如圖1所示的商業(yè)上通用的設(shè)備，是由以下部分組成，液體接收器、空氣冷凝器、三極管與兩個擴展閥門（一個是恒溫的一個是手工的）靠這些支撐冷藏室里面的蒸汽壓縮器工作。就像廠商所說的，壓縮機可與流體R

7、22、R507和R407工作; 它用聚酯油潤滑，速度通過PWM變換器調(diào)控，并有一組三相電壓的整流器，即直流380V，50 Hz和一個直交三相交流電壓變換器; 產(chǎn)品的變換器可調(diào)整電壓的頻率。與兩個閥門的三級管可以解決可能的麻煩，因為當壓縮機速度變化時擴展閥門的工作未知[13]。使用擴展閥門是為R407C和R507特別設(shè)計的。使用R407工作在50 Hz、溫度在-20到10°C時冷凝器的容量在1.4-1.8KW內(nèi)變化較大。為固定

8、冷凝器氣溫和模仿外部條件， 在一個絕熱的通道向其通風，使用調(diào)節(jié)器控制電阻可得到確定的溫度。在一些實驗性測試中，可通過與調(diào)節(jié)器有關(guān)的電暖氣來模擬冷藏負荷，并且通過電力計測量電壓。表1列出了使用的變換裝置的規(guī)格。測試用具裝有與個人計算機連接的32位A/D卡片，它有高采樣率并通過變換裝置模擬結(jié)果，數(shù)據(jù)收集軟件在Labview環(huán)境里已經(jīng)實現(xiàn)，并</p><p><b>　　圖1</b></p&

9、gt;<p>　　表1 變換裝置規(guī)格</p><p><b>　　3 實驗程序描述</b></p><p>　　要評估產(chǎn)品的性能，有必要比較一下在50 Hz時由開關(guān)周期調(diào)控和由模糊算法控制時的耗能量。實驗性測試考慮了不同類型的冷卻負荷。首先當冷藏門周期性開關(guān)與室外空氣熱交換時的實驗已經(jīng)實現(xiàn)了。這些實驗已經(jīng)在

10、各種各樣的溫度下測試完成了，而且當外界溫度為18.8℃時每隔20分鐘就打開冷藏室門5分鐘，這樣得到的冷庫溫度正好在5.0到25.8℃。另外在有些測試中冷卻負載可通過位于冷藏室的可控制電子加熱器獲得，而在其他測試中真正的冷卻負載被認為是可以由保存在冷藏室（固定溫度5℃）的200 kg水果和蔬菜5.8℃代替。在這前兩種情況下，每10分鐘打開冷藏門來模仿真正的工作環(huán)境; 而且實驗在冬天和夏季都進行了測試。在夏天的測試中由于電暖氣加熱而使冷凝器

11、外面的溫度保持在32.8℃，而在冬天室外氣溫被保持在10. 8℃。實驗結(jié)果主要為體現(xiàn)耗電量，它由耗電能來衡量，并由節(jié)能效果評估得到。這個持續(xù)2天的測試，已經(jīng)在R407C和R507上實現(xiàn)了。</p><p>　　4.壓縮機速度控制的模糊邏輯</p><p>　　模糊邏輯代表允許我們從模棱兩可或者不定的信息獲得解答的方法學。對于此模糊的過程非常類似于能夠從接近的信息和數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)定義結(jié)論的大腦。與

12、經(jīng)典邏輯方法對比，這要求描繪現(xiàn)象的數(shù)學模型等式的一個確切的定義，模糊邏輯允許我們解決不明確定義和困難的甚至不可能確定一個確切的數(shù)學模型的問題。所以，人的經(jīng)驗和知識為此種塑造是必要的。而且模糊控制器是耐用的且允許我們通過使用其他規(guī)則或特殊作用實現(xiàn)改善。在最近的一些應(yīng)用中可找到許多模糊控制的例子。特別是，在熱化透氣和空調(diào)行業(yè)有許多用模糊控制來控制氣溫和濕度[25–28]。模糊控制器的設(shè)計需要三個根本階段，第一是建立輸入和輸出變量。第二是定義

13、輸入和輸出變量的特殊作用，最后是選擇或規(guī)范控制規(guī)則。圖2顯示了用于商業(yè)上冷藏室氣溫的模糊控制過程的結(jié)構(gòu)圖。特別是，圖2顯示了兩輸出一個輸入的模糊控制器，輸入變量是調(diào)整點溫度和冷藏室的真正氣溫(⊿T)之間的溫差，和這個溫度對時間的微分(d（⊿T）/d t); 模糊輸出變量是壓縮機電動機供應(yīng)電流的頻率（f）。模糊邏輯是基于代表變量可能值的模糊設(shè)置。相對傳統(tǒng)邏輯理論的模糊理論，根據(jù)元素可能屬于或不屬于一個特定集合，允許部分元素屬于</p

14、><p>　　溫度需要的時間將是主要問題。因此，它也許會發(fā)生，即使當壓縮機運轉(zhuǎn)在更低頻率，也能節(jié)能，因為壓縮機的確以更低的頻率運轉(zhuǎn)。關(guān)于規(guī)則的選擇做相似的考慮是必要的。為此作者建議的算法特殊作用和規(guī)則已經(jīng)被實驗核實了。表2顯示了設(shè)置固定的規(guī)則用于算法和五個模糊的子集來描繪輸入和輸出變量的標記用以下標簽： 非常低(VL)，低(l)、中等 (MS)，高(h)和非常高(VH)。至于強調(diào)特殊作用比調(diào)整控制規(guī)則更容易。為了體會

15、壓縮機速度控制的模糊控制器，集中在前者。</p><p><b>　　表2模糊算法規(guī)則</b></p><p>　　在了解供選擇的壓縮機的控制特征的實驗性考慮后，在圖3–5中已經(jīng)定義了調(diào)整點溫度和冷藏室真正氣溫之間的溫差的特殊功能以及這個溫度對時間的微分和壓縮機馬達供應(yīng)電流的頻率。三角特殊作用，采取了一個中心和二個極限。關(guān)于溫度差別設(shè)計的范圍定在0和13℃ (圖3)。

16、因為冷藏室溫度接近調(diào)整點，為了增加模糊控制器的敏感度，特殊作用調(diào)整為對VL、L和MS的溫度差別。對于溫差對時間的微分(圖4)，顯示了范圍包括在0.001和0.013K/s之間的部分當冷卻負荷突變時，它被當作輸入變量同時其微分也考慮在內(nèi)了; 當冷藏門打開時這種情況也要發(fā)生。對于溫差對時間的微分的變化率，要增加控制器的敏感度，模糊的子集也許有一個更小的定義，或許范圍從0.004到0.008。然而，用模糊子集的早先定義可得到令人滿意的結(jié)果。在

17、輸出模糊的子集特殊作用考慮范圍內(nèi)的壓縮機馬達電源頻率值(圖5)位于范圍30–50 Hz。不可能考慮低于30 Hz的，因為這樣會產(chǎn)生壓縮機振動和噪聲增量以及由飛濺系統(tǒng)增量產(chǎn)生的潤滑麻煩。</p><p>　　圖3. 調(diào)整點溫度和冷藏室氣溫之間溫差的特殊功能 </p><p>　　圖4.溫度區(qū)別衍生物的會員資格作用在時間上的</p><p>　　圖5.壓縮機電動機供應(yīng)電

18、流隨頻率的變化</p><p><b>　　5.測試結(jié)果和討論</b></p><p>　　幾個實驗性測試已經(jīng)解釋用模糊算法得到的節(jié)能，與傳統(tǒng)恒溫控制相比，這決定了運轉(zhuǎn)在50 Hz的壓縮機的開關(guān)周期。為更好模仿冷藏室工作環(huán)境，考慮了各種各樣的冷卻負荷。特別是，在實驗性測試電暖氣或水果和蔬菜都可被作為冷卻負荷。 而且當冷藏門關(guān)閉時，冷藏門的周期性打開、與室外空氣的熱交換

19、都導致了進一步的裝載。圖6顯示了當冷卻負荷是由于冷藏門周期性打開時的電能消耗量的對比，而該對比是用合適的電能測試方法使用模糊控制和恒溫控制得到的。把冷藏室溫度固定在-5℃-5℃之間，室外溫度18℃，每隔20分</p><p>　　圖6. R507的電能消耗量使用模糊控制和恒溫控制</p><p>　　(冷卻負荷→冷藏門周期性打開)</p><p>　　鐘打開冷藏室門

20、5分鐘得到的恒定負荷，這樣的實驗性測試已經(jīng)實現(xiàn)?？梢院苊黠@觀察到當冷藏室溫度降低時電能消耗量升高。這歸結(jié)于所有冷藏氣溫考慮了恒定的冷卻負荷，因此到達溫度-5℃的時間更長確定了更高的電消耗量。而且觀察到與算法得到的節(jié)能是溫控的大約10%，即使當冷藏氣溫減少時它緩慢的明顯降低，因為在這種環(huán)境下壓縮機的工作時間增加了。當冷卻的負荷是由于冷藏室門的周期性打開和電暖氣的出現(xiàn)時，在圖 7顯示了夏季和冬季壓縮機用與R507和R407C有關(guān)的兩控制系統(tǒng)

21、獲得的電能消耗量，這些與電暖氣有關(guān)的測試都考慮了一個電力常數(shù)200 W。觀察發(fā)現(xiàn)最佳的結(jié)果是使用與R407C有關(guān)的壓縮機速度連續(xù)控制的系統(tǒng)，它允許適度節(jié)能，大約是考慮室外溫度恒溫控制的13%。特別是，在夏季的絕對電能消耗量高于冬季的5%，即使在兩個季節(jié)的節(jié)能實際是相同的。在圖8，使用模糊控制和恒溫控制時考慮了與實際冷卻負荷（可由200 kg水果、蔬菜和由冷藏門周期性打開代表）相關(guān)的電能損耗。另外，在這種情況下用R407C的模糊控制可獲得

22、最大的節(jié)能，并且大約是通過恒溫控制的13%。從節(jié)能方面考慮，選擇室外氣溫10℃的結(jié)果實際上是一樣的。重要的</p><p>　　圖7. R507和R407C使用模糊控制和恒溫控制的電能消耗量 </p><p>　　(冷卻負荷→電暖氣)</p><p>　　圖8.夏天R507和R407C的電能消耗量與使用模糊控制</p><p>　　和恒溫控制

23、的冷藏氣溫的關(guān)系(冷卻負荷→水果蔬菜)</p><p>　　因為它對應(yīng)于溫箱的差別帶，最后的值是可接受的。</p><p>　　與恒溫控制相比，要解釋用準許連續(xù)調(diào)控壓縮機速度的模糊控制算法得到的節(jié)能，依靠壓縮機變速的制冷工廠組分的exergetic分析已經(jīng)實現(xiàn)了。為此，它更導致了在穩(wěn)定條件下的而非過渡狀態(tài)下的exergetic分析，它從壓縮機速度的模糊控制獲得，根據(jù)壓縮機冷藏容量選擇相同條

24、件。特別是，考慮到在過渡狀態(tài)下 且在穩(wěn)定條件下允許正確的測量過程，制冷容量與頻率30，35，40，45，50 Hz相對應(yīng)。這實驗性分析在夏季（冷凝器的室外溫度保持在大約32℃）實現(xiàn)了，但近似結(jié)果在其他工作環(huán)境也得到了。特別是，在冬季的實驗正確核實了冷卻分析（當變化壓縮機速度，橫跨閥門的壓縮比是低的）。</p><p>　　exergetic分析準許得到關(guān)于工廠在組分之中所有不可逆發(fā)行的重要信息。整個工廠的exer

25、getic效率按比率（放射本能輸入和放射本能輸出之間的比率）加以評價，可表示為如下關(guān)系：</p><p>　　------------------------------（1）為工廠的每個組分評估放射本能毀壞的準確分析，特別是，在冷凝器毀壞的放射本能流程可表示為：</p><p>　　----------------------（2）</p><p>　　在蒸發(fā)器

26、毀壞的放射本能流程可表示為</p><p>　　---------------------（3）</p><p>　　exergetic溫度降落可表示為：</p><p>　　-------------------------------------------（4）</p><p>　　其中T0是環(huán)境溫度，而由蒸發(fā)器和冷凝器決定。在壓縮機毀

27、壞的放射本能流程，忽略與環(huán)境的熱傳遞，可表示為：</p><p>　　-------------------------（5）</p><p>　　在閥門毀壞的放射本能流程可表示為：</p><p>　　-----------------------------（6）</p><p>　　工廠的每個設(shè)備都被評價了效率缺陷，（每個組分的放射本能

28、流程與所需要滿足過程的放射本能流程之間的比）例如電能被提供給壓縮機：</p><p>　　----------------------------------------------（7）</p><p>　　這組的效率缺陷與整個工廠的exergetic效率連接通過以下關(guān)系：</p><p>　　-----------------------------------

29、-----（8）</p><p>　　考慮整個工廠的exergetic效率，當使用時R407C和R507，圖9顯示了隨頻率的變化exergetic效率的變化; 而且，圖9也顯示了蒸發(fā)量的值和電能消耗量的趨向。 把冷藏室固定在等于空氣度0℃下和為每個率為30，35，40，45，50Hz的壓縮機提供電流的實驗已經(jīng)實現(xiàn)。在選擇的頻率下壓縮機可能提供的確切的冷藏容量被作為冷卻的負荷（通過位于冷藏室的一些可控制的電暖氣）。

30、整個工廠的模糊效率與實際COP和工廠的可逆COP連接公式: 注意到，當壓縮機速度減少時COP增加。 因而斷定在減少壓縮機速度，并且因而冷卻液質(zhì)量流率，在冷凝器上和在蒸發(fā)器上的溫度差別將是更低的，并且因而如圖10顯示冬季將得到更低的冷凝壓力和更高的蒸發(fā)壓力。在這些條件下，壓縮比、空氣和在蒸發(fā)器與冷凝器的制冷劑間的平均溫差都降低了；因此在壓縮機的能量損耗降低了，熱交換器的放射本能降低了然而COP和模糊效率升高了。當壓縮機速度減少,擴展

31、閥門的不可逆性減少。當壓縮機速度減少時，由于蒸發(fā)器壓力升高和冷凝壓力減少導致了壓縮比降低?？紤]模糊效率和電能消耗量，圖9顯示了R407C相對R507的改善，觀察到是因為當壓縮機速度減</p><p>　　圖9. exergetic效率隨R507和R407C型壓縮機電動機提供頻率的變化</p><p>　　圖10.蒸發(fā)和冷凝壓力隨壓縮機速度的變化</p><p>　　

32、要了解在冷卻裝置的組分毀壞的放射本能在何種程度上影響能源消耗，在圖11比較顯示，參考R507，位于當壓縮機以50 Hz運轉(zhuǎn)時和當冷卻裝置以30 Hz頻率經(jīng)營工廠每個組分的效率瑕疵之間。另外，參考圖11可觀察到在工廠對總放射本能毀壞的唯一組分的影響。特別是，當壓縮機以30 Hz頻率運行，壓縮機的效率瑕疵30%是相等的 在熱轉(zhuǎn)換器效率瑕疵的值接近(19%冷凝器，17%蒸發(fā)器); 在閥門的效率瑕疵是更低的(10%)。由于他們的高效率瑕疵，為了

33、增加整體工廠表現(xiàn)，壓縮機和兩個熱轉(zhuǎn)換器必須優(yōu)選，而對閥門不可逆性的貢獻是很大的。</p><p>　　圖11.冷卻裝置的組分的效率瑕疵與R507冷凍劑流體的關(guān)系</p><p>　　要得到可獲得節(jié)能的進一步確認，當使用壓縮機速度的連續(xù)控制和確定在冷卻裝置中毀壞的放射本能的影響對能源消耗時，比較及時毀壞的放射本能在工廠中是可能的，當壓縮機以50 Hz頻率運轉(zhuǎn)，冷卻裝置以30 Hz頻率經(jīng)營，假

34、如蒸發(fā)容量是同樣與恒溫控制的測試的和那些如圖 （6和8）顯示的實驗性測試有關(guān)。 因此，就根據(jù)exergetic效率編輯的效率瑕疵定義而論 ; 得到以下等式是：</p><p>　　其中和代表時間，當工廠分別在50 Hz (當溫箱工作時)和在30 Hz (當使用模糊控制時可能的運作頻率)下運行。從這個等式觀察到，及時毀壞的放射本能的百分比偏差與工廠在30和50 Hz時的電能消耗量有關(guān)聯(lián)。重要是觀察到假如考慮的期限（

35、 / ）是恒定的，并且通常在50 Hz的工作條件下，當溫箱打開時，工廠運行時間大約為總工作時間 的70%。與恒溫控制與模糊控制比較，這個值 非常接近對在以上報告的實驗性分析獲得的節(jié)能值。</p><p>　　最后重要的是觀察變換器效率等級是95% [38]和做關(guān)于便利的一些經(jīng)濟考慮采取基于變換器的控制邏輯。考慮整個頻率范圍(30–50 Hz)，參見R407C獲取的節(jié)能百分比大約平均在10%。而且，當它在50 Hz

36、經(jīng)營時，就冷藏的真正工作條件而論壓縮機平均每天被停止大約7 h。在這些情況下節(jié)能對應(yīng)于大約每年500 kWh?？紤]到壓縮機電源的變換器成本和進一步追加與壓縮機速度控制的應(yīng)用有關(guān)的成本，允許知道回收期大約是3年。</p><p><b>　　6．結(jié)論</b></p><p>　　文章提到的市場上通用的蒸汽壓縮冷卻裝置，也就是傳統(tǒng)的恒溫控制，加開關(guān)周期使壓縮機運轉(zhuǎn)在50

37、Hz的頻率下，與在Labview環(huán)境里根據(jù)模糊邏輯建立的控制算法比較，這種算法能選擇在最適當?shù)睦洳厥覛鉁叵鹿ぷ鞯乃俣?。由于PWM可變速壓縮機出現(xiàn)了。被測試的流體， R407C和R507是在R22中最適合做替代的。通過控制算法和由傳統(tǒng)恒溫控制的壓縮機速度的實驗對比已經(jīng)在多種實驗條件下完成。使用根據(jù)模糊邏輯的壓縮機速度控制算法與恒溫控制比較可以節(jié)能13%。與R507比較，在R22可代替的流體中節(jié)能與R407C有更大聯(lián)系。節(jié)能原因和由模糊控制

38、的最佳工作狀態(tài)已通過確定組分效率瑕疵和工廠exergetic 效率的變化分析得到。而且，對壓縮機電源的變換器成本的分析以及與壓縮機速度控制的維護費用的分析，得到回收期一般為3年。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] Janssen H， Krusc高速冷藏壓縮機的H.連續(xù)和不連續(xù)的容量控制。 行動Purdue壓縮機技術(shù)會議P

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