电子膨胀阀变频节能技术
变频空调电子膨胀阀的模糊PID控制
电子技术• Electronic Technology60 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】模糊PID 电子膨胀阀 过热度1 引言在当前的电子技术应用领域，精确性、安全性、实时性成为控制方面的主要技术指标，特别是在外界环境变化较大，温度精度要求较高的领域，传统的一些控制手段已无法达到控温快速稳定的要求。
电子膨胀阀因其具有控制范围广、调节精度高、稳定等特性在空调系统中被广泛应用。
常用的电子膨胀阀的控制算法采用的是PID 控制算法，此算法需要建立在精准的数学模型基础上。
影响空调系统过热度的因素有很多，如空调系统负荷的扰动、环境温度的变化。
过热度对电子膨胀阀的动态响应具有一定的非线性和滞后性等，所以很难建立精确的数学模型。
通常PID 控制算法的参数经过整定、调整后不会再作改动，单一的设定不能满足各种工况的需要。
本文主要采用模糊PID 算法控制电子膨胀阀，可根据环境温度和压缩机的过热度，在线修改空调系统的制冷剂质量流量（阀门的开度）和过热度控制的PID 参数，确保电子膨胀阀工作过程中始终处于优化状态。
模糊PID 控制算法保证电子膨胀阀能精确稳定地控制室内环境温度，并且压缩机在运行过程中一直处于最佳状态。
2 系统原理变频空调电子膨胀阀调节系统原理如图1所示，系统由STM32-F407核心处理器、隔离电源模块、PT100 AD 采样单元、FET 输出变频空调电子膨胀阀的模糊PID 控制文/赵英军控制单元、0~20mA 输出单元、RS485通信接口、以太网通信接口组成。
其中PT100为温度采集传感器，FET 输出控制压缩机和风机，0~20mA 信号控制电子膨胀阀开度，RS485和以太网为监控通信接口，STM32-F407处理器实时进行AD 采样和模糊PID 控制实现对环境温度和压缩机过热度的控制。
3 模糊PID控制电子膨胀阀开度调节模糊PID 控制框图如图2 所示。
基于可变控制参数的PID算法的电子膨胀阀控制方法
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PID 算法作为一种成熟的控制方法,具有控制
问题;设置下限值,防止由于kp和 ki过小导致的调
节速度过慢的问题.同时 需 要 设 定 合 适 的 PID 算
法控制参 数. 当 偏 差 (
Pn)较 大 时,需 要 加 快 调 节
速度,此时要求增 大 kp 和 ki;而 当 偏 差 较 小 时,要
以排气温 度 的 稳 定 性 为 第 一 目 标,此 时 要 求 减 小
可变的两种控制方法,结果表明:采用固定控制参数 的 PID 算 法 时,压 缩 机 低 频 运 行 时 排 气 温 度 波 动 大,不
利于系统稳定;采用基于可变控制 参 数 的 PID 算 法 时,电 子 膨 胀 阀 调 节 响 应 迅 速,遇 到 扰 动 后 的 稳 定 性 更
好,在低频区优势明显.
78>,
节响应迅速,尤其在低频区优势明显.
电子膨胀阀介绍
95%RH以下 DC12V±10%，矩形波
1～2相励磁 正反皆可 不小于10万次
8
2、电子膨胀阀选型
2.1 电子膨胀阀参数（续）
型号
DPF1.3C DPF1.65C DPF1.8C DPF2.0C DPF2.2C DPF2.4C DPF2.8C DPF3.0C
Ⅰ
0
全关无流量-抛物线型
500 脉冲数(P)
3.29 0.4
Ⅰ 8:1
(60°)
φ1.615±0.005 7°±0.2° 70°
10
2、电子膨胀阀选型
2.3 基本外形尺寸
尺寸 A
B CDE F
G
推荐1 88.5 40 40 / 30 /
Φ6.35
推荐2 推荐3
103 88.5
53 45 10 30 IDΦ6.2
90±2
系列代号
2、适用介质：R410A及其冷冻油；
3、适用环境温度和湿度：-30°C～+60°C，95%RH以下
阀口通径（mm）4、适用制冷剂温度：-30°C～+70°C；
电子膨胀阀代号5、驱动电源：DC12V±10%，1～2相励磁，
6、励磁速度：30～90PPs；
7、开阀脉冲：25±15脉冲；
8、使用压力：0～4.2MPa；
1.4 电子膨胀阀命名规则
A9向旋转
流量(L/min)
.9以下
DPFX
12V)
03-010( DC
DunAn
公司标识
DPF2.2C-001
阀体型号
01 01 01
电子膨胀阀的应用领域及关键技术_江明旒
第9卷 第1期制冷与空调2009年2月REFRIGERATION AND AIR -CONDITIONING100-104收稿日期:2008-03-04通信作者:王如竹,Em ail :rzwang @sjtu .edu .cn电子膨胀阀的应用领域及关键技术江明旒 王如竹 吴静怡 郭俊杰(上海交通大学)摘 要 介绍电子膨胀阀的分类及工作过程,并分别阐述其在各领域中的应用现状,着重从流量特性和控制策略及算法2方面对其关键技术进行分析论述,最后指出目前电子膨胀阀的应用技术中存在的一些问题及今后的发展趋势。
关键词 电子膨胀阀;应用领域;流量特性;控制Application fields and key techniques of electronic expansion valveJiang Ming liu Wang Ruzhu Wu Jingy i Guo Junjie(Shanghai Jiao T ong University )ABSTRACT Presents the classificatio n and w orking process o f electro nic expansion valve (EEV )briefly .Discusses the applicatio n fields and some key technique s of EEV ,such as the flow characteristics ,control strategy and algo rithm in details respectively .Finally an -alyzes so me problems needed to resolve and the develo pment trend o f EEV .KEY W ORDS electronic ex pansion valve ;applicatio n fields ;flow characteristics ;co ntro l 电子膨胀阀是一种可按预设程序调节进入制冷装置的制冷剂流量的节流元件。
JBT 10212-2000 制冷空调用直动式电子膨胀阀
IC S 27.200J 73JB/T10212－2000制冷空调用直动式电子膨胀阀Direct–d riv en electro nic exp ansion v alv esfor refrigera ting and a ir–conditioning equipment2000-08-31 发布2001-01-01 实施国家机械工业局发布JB/T10212－2000前言本标准规定的主要技术指标，参照JB/T 4119—1991《制冷用电磁阀》、JB/T 3548—1991《制冷用R12，R22，R502热力膨胀阀》以及国内空调器生产厂家提出的技术要求而制订。
本标准的附录A是提示的附录。
本标准由全国冷冻设备标准化技术委员会提出并归口。
本标准起草单位：上海俊乐制冷自控元件有限公司。
本标准起草人：徐兴、文军。
11 范围本标准规定了制冷空调用直动式电子膨胀阀的定义、型式和基本参数、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输、贮存。
本标准适用于以R22为制冷剂（R407C 可参照采用），其阀径不大于5 mm 的制冷空调用直动式电子膨胀阀（以下简称膨胀阀）。
该膨胀阀适用于变频空调器、变频制冷机等作为节流降压器件。
2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
本标准出版时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB 191—1990 包装储运图示标志GB/T 2423.1—1989 电工电子产品基本环境试验规程 试验A ：低温试验方法 GB/T 2423.2—1989 电工电子产品基本环境试验规程 试验B ：高温试验方法 GB/T 2423.3—1993 电工电子产品基本环境试验规程 试验Ca ：恒定湿热试验方法 GB/T 2423.10—1995 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Fc 和导则：振动（正弦）GB/T 13306—1991 标牌3 定义本标准采用下列定义。
电子膨胀阀的应用领域及关键技术_江明旒
第9卷 第1期制冷与空调2009年2月REFRIGERATION AND AIR -CONDITIONING100-104收稿日期:2008-03-04通信作者:王如竹,Em ail :rzwang @sjtu .edu .cn电子膨胀阀的应用领域及关键技术江明旒 王如竹 吴静怡 郭俊杰(上海交通大学)摘 要 介绍电子膨胀阀的分类及工作过程,并分别阐述其在各领域中的应用现状,着重从流量特性和控制策略及算法2方面对其关键技术进行分析论述,最后指出目前电子膨胀阀的应用技术中存在的一些问题及今后的发展趋势。
关键词 电子膨胀阀;应用领域;流量特性;控制Application fields and key techniques of electronic expansion valveJiang Ming liu Wang Ruzhu Wu Jingy i Guo Junjie(Shanghai Jiao T ong University )ABSTRACT Presents the classificatio n and w orking process o f electro nic expansion valve (EEV )briefly .Discusses the applicatio n fields and some key technique s of EEV ,such as the flow characteristics ,control strategy and algo rithm in details respectively .Finally an -alyzes so me problems needed to resolve and the develo pment trend o f EEV .KEY W ORDS electronic ex pansion valve ;applicatio n fields ;flow characteristics ;co ntro l 电子膨胀阀是一种可按预设程序调节进入制冷装置的制冷剂流量的节流元件。
电子膨胀阀的PID 控制算法与排气温度控制法在变频空调中应
电子膨胀阀的PID控制算法与排气温度控制法在变频空调中应用的实验对比分析谢文彦(安徽美芝压缩机销售有限公司 241009)摘要利用国家认证焓差实验室，在国标工况条件下，采用R410A新型制冷剂，对某款变频空调产品分别采用排气温度调节制冷系统与电子膨胀阀PID控制作为节流装置进行性能测试。
通过对采用电子膨胀阀PID调节制冷系统和采用排气温度调节制冷系统的试验数据对比分析表明，越偏离额定点电子膨胀阀PID 调节能效高出越多，最高达30%。
在制热情况下采用电子膨胀阀PID调节的制冷系统，控制平稳，没有震荡，能够很更好地保证制热效果。
在二者化霜周期相同时，采用电子膨胀阀PID调节的变频空调系统，超低温制热量明显高于排气温度调节制冷系统。
试验证明，在变频空调系统中，采用电子膨胀阀PID调节比排气温度调节更为节能。
有更好的低温制热效果。
关键词排气过热度电子膨胀阀 PID控制变频空调ANALYSIS OF EXPERIMENT IN ELECTONIC EXPANSION VALVE’S PID CONTROL AND DISCHARGE TEMPERATURE CONTROL METHOD IN FREQUENCY CONVERSION AIR CONDITIONING APPLICATIONXie Wenyan(Anhui meizhi compressor marketing Co.,Ltd 241009 )Abstract Using the national identity enthalpy difference laboratory, under the GB code operating mode condition, uses the R410A new refrigerant, uses the discharge temperature adjustment refrigeration system and the electronic expansion valve PID control separately to some section of frequency conversion air conditioning product carries on the performance test as the throttling gear. Through to uses the electronic expansion valve PID adjustment refrigeration system and uses the discharge temperature adjustment refrigeration system's tentative data contrastive analysis to indicate that more deviates the fixed pointlike electron expansion valve PID adjustment energy efficiency to be higher than are more, reaches 30% high. Uses the electronic expansion valve PID adjustment in the system hot situation the refrigeration system, the control is steady, has not shaken, can very guarantee the system thermal effect well. When the two melt the frost cycle is the same, uses the electronic expansion valve PID adjustment the frequency conversion air-conditioning system, the ultralow temperature system quantity of heat obviously is higher than the discharge temperature adjustment refrigeration system. The experiment proved that in the frequency conversion air-conditioning system, uses the electronic expansion valve PID adjustment more to conserve energy compared to the discharge temperature adjustment. Has the better low temperature system thermal effect.Keywords Exhaust of superheat electron expansion valve PID control frequency conversion air conditioning0 前言我们都知道，变频空调系统在不同的频率变化时，其制冷剂流量以及对应蒸发压力冷凝压力都是不相同的，因此对于毛细管节流的变频空调系统来说，在额定制冷条件下的最优毛细管长度和中间制冷条件下的最优毛细管长度是不一样的，而我们大部分现有的变频产品，都是取二者之间的平衡的一点，来确定毛细管的长度。
应用电子膨胀阀推动空调产业升级
间 空 调 能 效 限 定 值 及 能 效 等 级 》 国家 标 准 ，将 能效 比 分 为 五 个 等 级 ，从 一 级 到 五 级 的 能 效 比分 别 为 ３ ４ ．、 ３ ２ ． 、２ ８ ． （ 冷 量 ≤４ ０Ｗ ． 、３ ０ ． 、２ ６ 制 ５ ０ ）。新 国标 的 强 制 执 行 意 味着 能效 比低于 ２ ６ ． 的空 调将 退 出市 场 竞争 。 ２ １ 年 （Ｂ ２ ２ ． － ０ ０ 《 间空 调 能 效 限 定值 及 ＯＯ Ｇ １０ １３２ １） 房 能 效 等 级 》将 原 五个 等 级 调 整 为 三 个 等 级 ，从 一 级 到
力膨胀 阀、 电子 膨胀 阀。 ３ ．成本 方 面 ：高 级机 种 比低 价 型 更具 备 电子 控制
膨 胀 阀所 需 的 空 间 。并 且 ，驱 动 电子 膨 胀 阀所 需 的 Ｄ ｃ电源 和 微 型 计 算 机 在 变 频 空 调 一 类 机 器 内也 已具备
已接 近 理 想 线 、但 由 于无 法 避 免温 度 与 压 力 应 答 的 位 相 偏 移 所 导 致 的猎 振 现 象 ， 因 此 全 程 都 有 损 耗 。与 它 相 比 ， 电子 膨 胀 阀 则 达 到 了 较 为 理 想 的 控 制 。但 是 要 实 现 必 须 要 有 一 定 的 控 制 技 衍 （ 件 ） ，而 这 也 是 各 软 空调 厂商 的最 大 技术 机 密 。 （ 能 效评 价 方法 的动 向 四） 评价 家用 空调 的能效 比有额 定时 的成 绩系 数 （ Ｏ ） ＣＰ
３ ９
定 。大 致有 表 １ 述 的两 点 要 素 。 所
表 １膨胀 器的选 用要 素
毛细管 流量控制 范围
成 本 ◎
３ 电子 膨胀 阀 ：采 用 电子 膨 胀 阀 的过 热 度 调 节 系 ． 统 ， 其 时 间 滞 后 比热 力 膨 胀 阀小 。控 制 电 子膨 胀 阀动
空调系统中电子膨胀阀的控制及应用
空调系统中电子膨胀阀的控制及应用作者：何健辉来源：《大科技·C版》2018年第10期摘要：介绍电子膨胀阀在制冷系统中的使用优势及电子膨胀阀的控制方法，同时结合现有技术的应用具体介绍搭载电子膨胀阀系统的控制流程。
关键词：电子膨胀阀；空调器；控制中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0301-011 电子膨胀阀应用在制冷/制热系统中的优势电子膨胀阀主要用于空调（制冷）系统中，可以实现制冷剂流量的自动调节，从而使空调系统始终保持在最佳的工况下运行，达到快速制冷、温度精确控制、节能等目的。
电子膨胀阀是通过传感器得到的参数进行计算，经由控制器进行控制，因此反应及动作速度比较快，从全闭到全开仅需几秒钟；而热力膨胀阀控制器因为感温包的热惰性及传热过程需要一定的时间，响应动作速度比较慢，常常会导致较大的振荡。
同时，使用电子膨胀阀控制器时，目标过热度可以通过程序或者存贮器进行设定，可以针对制冷/制热等工况单独设置不同的过热度，提高系统的经济性；而热力膨胀阀控制器则因为过热度目标值由预紧力设定，不可任意调节。
2 电子膨胀阀的控制方法2.1 温度式控制方法利用两温度的差近似地代替系统过热度，并用此过热度作为参数进行电子膨胀阀的控制。
制冷过热度=ts-te，即过热度等于吸气温度与室内蒸发器中央两相区温度的差值。
制热过热度=ts-tc，即过热度等于吸气温度与室外冷凝器中央两相区温度的差值。
此种方法适用于冷暖机型，只需要3个温度传感器即可实现控制。
2.2 压力式控制方法以下是计算的过热度作为参数控制电子膨胀阀：过热度=ts-tps式中：tps为吸气压力ps对应的制冷剂饱和温度，即过热度为吸入温度与饱和温度的差值。
2.3 两种方法的比较压力式控制方法对过热度的计算与真实过热度相符，但需在回路中追加压力传感器，且在程序控制中要追加饱和温度的AD转换表，较为不便，并且价格较高。
新型双向热力膨胀阀与变频空调器实用状态下的节能分析
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温度 传感 器 及 高 精 度 控 制 器 和 控 制模 式 条 件 下 ， 反应 速度 快 ， 会 产 生 流 量 波 动 或 振 荡 。从 纯 技 不
术角 度考 虑 ， 电子 膨 胀 阀是 变 频 空 调 器 最 理 想 的 节流 元件 ， 以保 证 蒸 发 器 出 口过 热 度 在 任 意 工 可
目前 变频 空调 器 普 遍 采用 的节 流元 件 为 毛 细 管 和电子 膨胀 阀 。
１ 毛细 管
不能 根据 负 荷 变 化 主 动 调 节 ， 此 仅 适 用 于 冷 凝 因 压力 和蒸 发 温 度 比较稳 定 的制 冷 装 置 。在 变 频 ］
空 调器 中采 用 毛 细 管 作 为 节 流 元 件 ， 能 依 据 额 只
毛细管 作 为节 流 元 件 ， 因结 构 简 单 、 靠 和 成 可 本 低 而广 泛 应 用 于家 用 电 冰 箱 、 冻 箱 和 定 频 家 冷 用 空调 器 等 小 型 制冷 装 置 。但 在 制 冷 系 统 中 ， 其
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电子膨胀阀变频节能技术
一、技术名称：电子膨胀阀变频节能技术
二、适用范围：家用空调、商用空调、冷冻及冷藏设备
三、与该节能技术相关生产环节的能耗现状：
新颁布的国家标准--《房间空调能效限定值及能效等级》（GB12021.3-2010）将房间空调（制冷量≤4500W）的五个能效等级调整成为三个等级，从一级到三级的能效值分别为3.6、3.4和3.2，入门等级由原来的2.6提高到了3.2，但因该标准未对制热状态的能效值进行评价，导致该标准并未能全面评价房间空调的年度综合能效。
考虑对于房间空调的年度综合能效评价，目前市场上销售的大部分房间空调的年度能耗指标仍然偏高。
四、技术内容：
1.技术原理
电子膨胀阀由阀体和线圈两部分构成，阀体通过连接管与空调系统连接，线圈装配在阀体上。
线圈与阀体构成了PM型步进电机，线圈相当于步进电机的定子，阀体充当步进电机的转子，通过对脉冲发生器输入到线圈的脉冲驱动信号的控制，可以控制阀体内转子的定位转动，从而实现电子膨胀阀的开闭和冷媒流量的线性调节。
电子膨胀阀是变频空调系统中的关键节流元件。
变频空调是通过变频器改变压缩机的供电频率，通过频率的变化调节压缩机的转速，当供电频率高时，压缩机转速就快，空调器制冷（热）量也就大；当供电频率较低时，空调器制冷（热）量就小。
上述大小变化必须依靠电子膨胀阀来自动控制系统中冷媒流量的大小，使之与变频压缩机的功率相匹配。
通过电子膨胀阀对制冷剂流量的自动调节，可使空调系统始终保持在最佳的工况下运行，达到快速制冷、精确控温、节省电能的效果。
而且电子膨胀阀具有可逆性,可实现制冷、制热状态下流量的自动控制。
2.关键技术
1）可回收的热塑性塑料及导磁体内封装工艺制作线圈；
2）钕铁硼磁粉注塑成型阀体的磁转子；
3）阀体的阀腔结构的设计优化。
3.工艺流程
电子膨胀阀的工作原理如图1所示：
①气密性4.2MPa×1min无泄漏；
②耐压6.3MPa×3min无变形；
③破坏压力16.8MPa×1min无开裂破坏；
④阀口泄漏≤600ml/min；
⑤逆向开阀压差≥2.11MPa；
⑥最高动作压差≥3.43MPa；
⑦绝缘电阻≥100ΜΩ，电气强度AC500V/50Hz 1min无闪络或击穿；
⑧线圈温升≤60k；
⑨线圈抗雷击5kV以上；
⑩寿命耐久10万次以上。
六、技术应用情况：
该技术已通过省级新产品鉴定，产品技术达到国内领先水平。
目前已在部分变频空调节上应用，技术成熟，节能效果较好。
七、典型用户及投资效益：
典型用户：三菱电机、松下、日立、富士通、夏普、三星、LG、格力、美的、海尔等。
建设规模：年产600万套直流变频空调用电子膨胀阀的生产线。
主要技改内容：选择和采购合适的高精度加工设备及确定合理的加工工艺；选择和采购转子部件相关材料（特别是功能材料），转子部件相关成型模的设计制造和加工工艺的确定，以及转子充磁工装的设计和充磁参数的确定，以满足转子精度、磁性能和稳定性、可靠性的要求；3PBT塑封线圈的极板精度保证和包封材料、加工设备的选型、工艺设备的确定，以保
证分度精度和塑封密封性等。
节能技改投资额7500万元，建设期2年。
每年可节电21.268亿kWh，折合26.0万tce/a，投资回收期5.6年。
八、推广前景和节能潜力：
电子膨胀阀主要应用于变频空调系统中，以实现制冷剂流量的自动调节，具有较好的节能效果。
目前国内压缩机上的使用比例约为20%，随着变频节能技术的推广，国内变频空调市场将会逐步提高，预计2015年，全国使用电子膨胀阀的压缩机将超过2000万台，年节能能力可达85万tce。