梁紹吉

【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。

電子膨脹閥的種類一般分為電磁式電子膨脹閥及電動式電子膨脹閥兩類。本文主要對電動式電子膨脹閥進(jìn)行描述和分析。

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，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。圖1為電子膨脹閥外觀圖。

為了更清楚的了解電子膨脹閥的工作方式，我們以丹佛斯的ETS250作為解剖對象，對它的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大致的分析。其實，一個電子膨脹閥包括兩個主要部件：閥體和步進(jìn)電機(jī)。詳見圖2。

1、導(dǎo)線；2、密封裝置；3、電機(jī)罩；4、步進(jìn)電機(jī)；

5、軸承；6、軸；7、襯墊；8、閥塞；9、閥座；10、閥端。

2.2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：

2.2.1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。

2.2.2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。

2.2.3更精確的調(diào)節(jié)功能

電子膨脹閥可實現(xiàn)對冷量從10%～100%的無級調(diào)節(jié)。

2.2.4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。

2.3電子膨脹閥步進(jìn)電機(jī)的基本工作原理介紹

電子膨脹閥的一個關(guān)鍵部件是帶動其閥體動作的步進(jìn)電機(jī)。在這里給大家簡單介紹一下一般步進(jìn)電機(jī)的工作原理。

步進(jìn)電機(jī)通常分兩種：反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)及感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)與反應(yīng)式不同的是它的轉(zhuǎn)子是永磁體，其效率更高，電流更小，發(fā)熱更低，在運(yùn)轉(zhuǎn)中更平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動小。

步進(jìn)電機(jī)按相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)的動作原理（以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例）：

圖3 定轉(zhuǎn)子的展開圖

電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞組（三相），其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開0、1/3て、2/3て，（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以て表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3て，C與齒3向右錯開2/3て，A與齒5相對齊，（A就是A，齒5就是齒1）。上圖3是定轉(zhuǎn)子的展開圖。

經(jīng)過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3て向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A……通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。

出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3て改變?yōu)?/6て。像這種我們通常稱為3相6拍工作方式。感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理大致一樣，不過要注意：由于轉(zhuǎn)子為永磁體，每1對極都有南極和北極。

以丹佛斯ETS250電子膨脹閥為例，其所用的步進(jìn)電機(jī)為2相2極感應(yīng)式。每步轉(zhuǎn)動角為7.5°（轉(zhuǎn)子48個極，4的倍數(shù)），總步數(shù)為3810，閥體垂直位移為17.2mm，150步/秒。下表1為ETS250開關(guān)順序。

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：

（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SH=Ti-Te。這是最直接的測量方法。

（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SH=Ti-Te。只不過蒸發(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，詳見圖4。其可編程的特性使其可與其它品牌的電子膨脹閥兼容。例如可以驅(qū)動包括卡樂E2V系列、Sporlan SEI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。

4.結(jié)束語

電子膨脹閥在過熱度控制、流量調(diào)節(jié)均優(yōu)于傳統(tǒng)的節(jié)流機(jī)構(gòu)，而且反應(yīng)速度更快、調(diào)節(jié)范圍更廣，以及可以按要求整合例如遠(yuǎn)程控制、故障診斷等新功能，在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果方面更加顯著，有廣闊的應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1]韓寶琦，李樹林.制冷空調(diào)原理及應(yīng)用，1998.