恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统及其方法，该系统包括：温度传感器，用于测量冷凝器的实际冷凝温度；PID控制器，用于根据测量到的实际冷凝温度与设定的理想冷凝温度的偏差，通过PID算法去计算需要执行的变频器的频率值；D/A转换单元，用于将PID控制器计算得到的变频器的频率值转换成能够让变频器识别的模拟信号；变频器，用于根据相应的模拟信号去调整风机转速，从而实时控制冷凝器的冷凝温度使其达到理想冷凝温度，以及使冷凝压力高于蒸发限制压力。本发明的设计合理，能够实现设备的常年稳定运行。
【专利说明】
恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统及其方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及恒温恒湿设备技术领域，更具体地说，是涉及一种恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统及其方法。
【背景技术】
[0002]现有的恒温恒湿设备一般考虑其经济性与稳定性都是靠冷冻除湿，恒温恒湿设备在运行中低温时，蒸发器表面温度必须更低，但温度长时间低于(TC会导致蒸发器结霜，而化霜会导致温湿度波动，所以长时间运行且需要用做低温低湿的恒温恒湿设备必须限制蒸发器温度不能低于(TC太多，蒸发器温度由制冷剂的蒸发压力决定，限制蒸发器温度就要限制蒸发压力。
[0003]压缩机从蒸发器中吸制冷剂蒸气，提高压力(压缩)，流到冷凝器冷凝，冷凝后制冷剂经节流阀流向蒸发器，使制冷剂完成制冷循环。在此过程中，制冷剂由压力提供的动力从高压流向低压。当冷凝器所在环境温度过低(北方冬天-10°C以下时)，冷凝温度低于蒸发器限制的蒸发温度时，即冷凝压力低于蒸发限制压力时，制冷剂不能完成制冷循环，此时无制冷与除湿效果，设备不能正常运转，因此无法实现设备的常年运行。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统及其方法，其能够使恒温恒湿设备实现常年稳定运行。
[0005]为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统，所述恒温恒湿设备的室外机组设置为带有风机的冷凝器，所述风机内设有变频器，该系统包括:
[0006]温度传感器，用于测量冷凝器的实际冷凝温度；
[0007]PID控制器，用于根据测量到的实际冷凝温度与设定的理想冷凝温度的偏差，通过PID算法去计算需要执行的变频器的频率值；
[0008]D/A转换单元，用于将PID控制器计算得到的变频器的频率值转换成能够让变频器识别的模拟信号；
[0009]变频器，用于根据相应的模拟信号去调整风机转速，从而实时控制冷凝器的冷凝温度使其达到理想冷凝温度，以及使冷凝压力高于蒸发限制压力。
[0010]作为优选的，所述恒温恒湿设备还包括蒸发器和压缩机，所述冷凝器分别与蒸发器和压缩机相连接，所述蒸发器与压缩机相连接。
[0011]作为优选的，所述冷凝器与蒸发器之间连接有节流阀，所述蒸发器与压缩机之间连接有蒸发压力调节阀。
[0012]作为优选的，所述理想冷凝温度高于(TC和蒸发器的蒸发温度。
[0013]作为优选的，所述理想冷凝温度设置为11?14°C。
[0014]作为优选的，所述模拟信号设置为O?1V模拟信号。
[0015]本发明第二方面提供了一种利用上述技术方案所述恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统实现的变频控制方法，包括以下步骤:
[0016]通过温度传感器测量冷凝器的实际冷凝温度；
[0017]PID控制器根据测量到的实际冷凝温度与设定的理想冷凝温度的偏差，通过PID算法去计算需要执行的变频器的频率值；
[0018]D/A转换单元将PID控制器计算得到的变频器的频率值转换成能够让变频器识别的模拟信号；
[0019]变频器根据相应的模拟信号去调整风机转速，从而实时控制冷凝器的冷凝温度使其达到理想冷凝温度，以及使冷凝压力高于蒸发限制压力。
[0020]作为优选的，所述PID控制器由比例单元、积分单元和微分单元组成，其输入e(t)与输出u(t)的关系为:
[0021 ] u(t)=kp[e(t)+l/TI/e(t)dt+TD*de(t)/dt]；
[0022]式中，积分的上下限分别是O和t;
[0023]传递函数为:G(s)=U(s)/E(s)=kp[l+l/(TI*s)+TD*s];
[0024]其中，kp为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数。
[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0026]本发明通过温度传感器测量冷凝器的实际冷凝温度，根据实际冷凝温度与理想冷凝温度的偏差运用PID算法计算需要执行的变频器的频率值，再通过D/A转换单元将变频器的频率值转换成能够让变频器识别的模拟信号，从而控制变频器的频率来调整冷凝器风机的转速，通过控制散热量来控制冷凝温度，以及使冷凝压力高于蒸发器的蒸发限制压力，进而实现设备的常年稳定运行。
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本发明提供的恒温恒湿设备的结构示意图；
[0029]图2是本发明提供的恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统的结构框图；
[0030]图3是本发明提供的恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统的工作原理图。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]请参考图1，图中示出了一种恒温恒湿设备，其包括室外机组、位于室内的蒸发器7和压缩机8，其中，该恒温恒湿设备的室外机组设置为带有风机I的冷凝器2，冷凝器2分别与蒸发器7和压缩机8相连接，蒸发器7与压缩机8相连接。此外，冷凝器2与蒸发器7之间连接有节流阀9，蒸发器7与压缩机8之间连接有蒸发压力调节阀10。具体装配时，压缩机8的排气口由管道连接至冷凝器2的一端，冷凝器2的另一端由管道连接至节流阀9再通过管道连接至蒸发器7的一端，蒸发器7的另一端最后由管道连接至压缩机8的吸气口，这样实现一个完整的制冷系统的连接过程。
[0033]工作时，系统中通过蒸发器7热交换过(吸热过)的低温低压制冷剂气体被压缩机8吸入通过(压缩)变为高压高温的气体通过管道运送到冷凝器2里(冷却放出热量)变为中温高压的液体再通过管道将中温高压的液体送到节流阀9(节流减压)，这时的制冷剂已减压成为低温低压的气液混体再进入蒸发器7里蒸发吸收周围的热量，这样不断的循环热交换完成了整个制冷循环过程。
[0034]请参考图2，本发明的实施例提供了一种恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统，该系统包括温度传感器4、PID控制器5、D/A转换单元6和风机I内设置的变频器3，下面结合附图对本实施例进行详细说明。
[0035]温度传感器4，用于测量冷凝器2的实际冷凝温度。
[0036]其中，温度传感器4可以安装在冷凝器2与节流阀9之间的管道上并靠近冷凝器2。
[0037]PID控制器5，用于根据测量到的实际冷凝温度与设定的理想冷凝温度的偏差，通过PID算法去计算需要执行的变频器3的频率值。
[0038]具体实施时，理想冷凝温度必须要高于(TC和蒸发器7的蒸发温度，但不能太高，太高冷凝效率低，制冷效果差，一般而言，理想冷凝温度可以设置为11?14°c，比如:12°C。当然也可根据实际情况在其他范围内取值。
[0039]D/A转换单元6，用于将PID控制器5计算得到的变频器3的频率值转换成能够让变频器3识别的模拟信号。
[0040]具体实施时，该模拟信号可以优选设置为O?1V模拟信号，其充分考虑其统一性，市面上的变频器都支持O?1V模拟信号。
[0041]变频器3，用于根据相应的模拟信号去调整风机I转速，从而实时控制冷凝器2的冷凝温度使其达到理想冷凝温度，以及使冷凝压力高于蒸发限制压力。
[0042]如图3所示，一种恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统实现的变频控制方法，该方法包括以下步骤:
[0043](I)通过温度传感器4测量冷凝器2的实际冷凝温度；
[0044](2)PID控制器5根据测量到的实际冷凝温度与设定的理想冷凝温度的偏差，通过PID算法去计算需要执行的变频器3的频率值；
[0045]具体而言，PID要素包括三个部分:测量、比较和执行。测量关键的是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
[0046]PID控制器5由比例单元、积分单元和微分单元组成，其输入e(t)(即实际冷凝温度与理想冷凝温度的差值)与输出u(t)(即频率值)的关系为:
[0047]u(t)=kp[e(t)+l/TI/e(t)dt+TD*de(t)/dt]；
[0048]式中，积分的上下限分别是O和t;
[0049]传递函数为:G(s)=U(s)/E(s)=kp[l+l/(TI*s)+TD*s];
[0050]其中，kp为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数。
[0051](3)D/A转换单元6将PID控制器5计算得到的变频器3的频率值转换成能够让变频器3识别的模拟信号；
[0052](4)变频器3根据相应的模拟信号去调整风机I转速，从而实时控制冷凝器2的冷凝温度使其达到理想冷凝温度，以及使冷凝压力高于蒸发限制压力。
[0053]在变频调速系统中，根据公式n= 60f/p可知，改变频率f就可改变转速η，降低频率f，转速就变小:即60f丨/p = n|,增加频率f，转速就加大:即60f丨/p = nT。
[0054]当冷凝温度低于蒸发器限制的蒸发温度时，即冷凝压力低于蒸发限制压力时，制冷剂不能完成制冷循环，此时无制冷与除湿效果，设备不能正常运转，因此，需要常年运转且冷凝器在室外的恒温恒湿设备在环境温度过低时必须加以控制使冷凝温度达到理想值，使设备可以在理想状态运行。
[0055]综上所述，本发明能够采集冷凝温度并结合PID控制原理控制变频器的频率来调整冷凝器风机的转速，通过控制散热量来控制冷凝温度，以及使冷凝压力高于蒸发器的蒸发限制压力，进而实现设备的常年稳定运行。
[0056]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统，所述恒温恒湿设备的室外机组设置为带有风机的冷凝器，其特征在于，所述风机内设有变频器，该系统包括: 温度传感器，用于测量冷凝器的实际冷凝温度； PID控制器，用于根据测量到的实际冷凝温度与设定的理想冷凝温度的偏差，通过PID算法去计算需要执行的变频器的频率值； D/A转换单元，用于将PID控制器计算得到的变频器的频率值转换成能够让变频器识别的模拟信号； 变频器，用于根据相应的模拟信号去调整风机转速，从而实时控制冷凝器的冷凝温度使其达到理想冷凝温度，以及使冷凝压力高于蒸发限制压力。2.根据权利要求1所述的恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统，其特征在于，所述恒温恒湿设备还包括蒸发器和压缩机，所述冷凝器分别与蒸发器和压缩机相连接，所述蒸发器与压缩机相连接。3.根据权利要求2所述的恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统，其特征在于，所述冷凝器与蒸发器之间连接有节流阀，所述蒸发器与压缩机之间连接有蒸发压力调节阀。4.根据权利要求2所述的恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统，其特征在于，所述理想冷凝温度高于(TC和蒸发器的蒸发温度。5.根据权利要求4所述的恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统，其特征在于，所述理想冷凝温度设置为11?14°C。6.根据权利要求1所述的恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统，其特征在于，所述模拟信号设置为O?1V模拟信号。7.—种利用权利要求1?6中任意一项所述的恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统实现的变频控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 通过温度传感器测量冷凝器的实际冷凝温度； PID控制器根据测量到的实际冷凝温度与设定的理想冷凝温度的偏差，通过PID算法去计算需要执行的变频器的频率值； D/A转换单元将PID控制器计算得到的变频器的频率值转换成能够让变频器识别的模拟信号； 变频器根据相应的模拟信号去调整风机转速，从而实时控制冷凝器的冷凝温度使其达到理想冷凝温度，以及使冷凝压力高于蒸发限制压力。8.根据权利要求7所述的恒温恒湿设备的室外机组的变频控制系统实现的变频控制方法，其特征在于，所述PID控制器由比例单元、积分单元和微分单元组成，其输入e(t)与输出u(t)的关系为: u(t)=kp[e(t)+l/TI/e(t)dt+TD*de(t)/dt]； 式中，积分的上下限分别是O和t; 传递函数为:G(s) =U(s)/E(s)=kp[l+l/(TI*s)+TD*s]; 其中，kp为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数。
【文档编号】F24F11/00GK106052031SQ201610459787
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】张家明, 夏可瑜
【申请人】东莞市升微机电设备科技有限公司