電機冷卻液注入的模糊邏輯控制制造技術

采用一種模糊邏輯控制電路來改變冷卻空調壓縮機的電機用的冷卻液注入速率?？刂剖歉鶕姍C溫度和另一可測運行條件來進行的。溫度偏差被分成組，而不是按比例處理或逐漸處理。控制器對于給定溫度偏差的響應依賴于另一運行條件。在一種較佳方式中，另一運行條件是電機發熱或冷卻的速率。在一種較佳實施例中，控制電路按照５列乘５行的矩陣確定電磁閥的占空度。這一控制方案在寬負載條件下將電機溫度保持在２５°Ｆ的設定點范圍內。（*該技術在2016年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及控制電路，尤其是在變化負載的情況下，將裝置的操作條件保持在或者接近于最佳操作電平下的控制電路。具體說來，本專利技術涉及的控制電路用來控制向電機的電樞中注入冷卻液的速率。本專利技術的一種實施例中，模糊邏輯電路能夠以某一取決于電機溫度在某一預定設定點之上或之下變化的速率控制向電機電樞中注入制冷液的速率。用作空調、制冷和熱泵系統的壓縮機采用被設計成能在寬負載范圍下運行的大功率電機。電機的工作溫度在大負載的情況下趨于升高，而在負載減小時趨于下降或緩慢上升。電機的負載取決于通過壓縮和膨脹而循環的制冷量，而這取決于空調或制熱負載?？照{負載隨每天的不同時間而大不相同，同時還隨氣候、人員和設備負載的改變以及其他因素而變化。在諸如辦公樓、醫院或機構的大型空調系統中通常采用螺桿式壓縮機。大型空調系統中通常采用兩個到四個螺桿式壓縮機，每一臺壓縮機具有40至85噸的冷卻容量(cooling capacity)。每一噸代表12,000BTU/小時。這表示每小時內將一噸的冰融化所需的冷卻量。因為有兩個到四個螺桿式壓縮機，所以系統容量通常為80到375噸。一天內，空調負載將從極低的最小值變化到系統最大值，因而每一電機上的負載也作相應的變化。壓縮機電機的電樞繞組內有一個或多個溫度傳感器。電機被設計成溫度傳感器位于電樞的最熱部分。一次只使用其中的一個傳感器。其他的一個或一些傳感器用作備份，從而當某一溫度傳感器發生故障時不必掉換整臺電機。傳感器與一控制模塊相連，控制模塊隨后向制冷電磁閥發送一控制信號。通常，傳感器為具有隨溫度而變化的電阻值的那種類型。控制模塊中的電路和軟件將電阻值轉換為溫度值。傳送至電磁閥的控制信號的占空度(duty cycle)通常正比于檢測到的電機溫度?？刂菩盘柧哂谢谡＿\行下冷卻所需的正常電平的占空度。隨后控制模塊正比于在設計運行溫度或設定點之上或之下的電機溫度的偏差，使占空度向上或向下變化。在通常用在大型冷卻劑空調系統中的壓縮機中，電機是部分通過注入到電機機殼內的冷卻液來冷卻的。冷卻液通過熱定子或電樞而使其冷卻。冷卻液的注入速率必須根據負載而不是依賴于冷卻液的固定量來控制，這是因為排出的熱量隨壓縮機的負載而變化的緣故。脈沖電磁閥可以被用作一種控制裝置，從而可以改變冷卻液的注入速率。普通的控制電磁閥(即正比于電機溫度)的裝置產生50到100華氏度的電機溫度變化。某些溫度變化是預料到的。由于電機被設計成在恰當冷卻時在約200度下工作，而冷卻液的溫度通常為41華氏度。電機的工作溫度最好保持在設定點約25華氏度(14攝氏度)的范圍內。正如前文中指出的那樣，電機負載的變化范圍較大，所以所需的排熱也在運行期間變化。在穩態條件下，冷卻液注入速率的簡單調整將給出合適的溫度控制。然而在空調系統負載變化范圍較大的情況下，簡單的冷卻液調整以及作為電機繞組溫度函數的調整都不會給出很準確的電機溫度控制。使電機運行溫度的變化為最小一直是控制電路的目的，但是這一目的迄今仍使工業界感到難辦。本專利技術的主要目的在于針對現有技術中存在的這些問題提供一種空調壓縮機電機運行溫度的改進的控制。本專利技術的另一個目的在于，采用模糊邏輯控制向壓縮機電機內的液體注入，作為在寬負載條件的范圍內將操作溫度保持在設定點溫度附近的手段。按照本專利技術的一個方面，模糊邏輯控制電路用來根據電機的溫度和另一可測量的運行條件改變冷卻液注入的速率。模糊邏輯的意思是，(a)把溫度偏差被分成組，而不是按比例處理或逐漸處理，以及(b)控制器如何對給定的溫度偏差作出反應取決于其他的運行條件。在一種較佳方式中，其他運行條件指得是電機被加熱或冷卻的速率。在較佳實施例中，控制電路按照5×5(共25個方框)的矩陣，確定電磁閥的占空度，其中，溫度偏差被分成5個或更多個范圍，分別包括靠近設定點的中央范圍，位于中央范圍之上和之下的的第一上部和下部范圍，以及位于第一范圍之上和之下的第二上部和下部范圍。附加運行條件(即溫度變化率)，也被分為5個或更多個范圍，包括中央范圍、分別位于中央范圍之上和之下的第一上部和下部范圍以及第一范圍之上和之下的第二上部和下部范圍。運行溫度偏差的范圍和溫度變化率的范圍限定了一個5×5矩陣的方框。矩陣的每一方框與控制信號的預定值對應?？刂齐娐肪仃囎詈糜每刂菩盘柕膶祦順嫵扇缦? 其中，T是電機電樞的運行溫度，dT/dt是電機電樞溫度的時間變化率，Ts是預定的電機設定點溫度，J和N是預定的溫度偏差，其中，J大于N；K和M是預定的溫度變化率，其中K大于M；而DC11至DC55是各控制信號值。在一個較佳實施例中，對于0、1、2、4或8秒的占空度，電磁閥在每8秒的時間間隔內可以被驅動一次。根據由預定設定點(例如190華氏度)之上或之下的運行溫度偏差以及電機的加熱或冷卻速率而得到的下述矩陣，每8秒內計算輸出占空度，該矩陣是對應于下述控制信號值構成的 這一控制原理使電機溫度可以在25華氏度的范圍內變化，這對于以前的方法是一個極大的改進。本文揭示的技術采用的是5×5矩陣，這代表最小控制格(grid)。若要更精細地控制電機溫度，可以進一步劃分某些中央方框(即靠近設定點處)。這一方案中，兩個控制變量是溫度和溫度對時間的一階導數dT/dt。在某些控制環境中溫度對時間的二次導數可能有用。這將是一種溫度加速作用(temperature ac-celeration)，例如可以表示熱的劇變。在結合附圖描述了較佳實施例以后，本專利技術的上述以及其他目的、特點和優點將更為清晰。附圖說明圖1是按照本專利技術一種實施例的采用液體注入冷卻和模糊邏輯控制器的空調系統透視圖。圖2是描述本專利技術模糊邏輯控制原理的控制矩陣。圖3是按照實際用于本專利技術一個實施例的控制矩陣。先參見圖1，本專利技術可以用于大型商用空調系統或熱泵系統10的電機冷卻控制，這里采用了一個(或一個以上)螺桿式壓縮機12。這種類型的壓縮機在一密封的機殼內有一根第一螺桿14和一根第二螺桿16。驅動電機20以及將電機和螺桿14及16連在一起的傳動齒輪22，也被密封在機殼18內。螺桿14和16的旋轉壓縮制冷劑蒸汽，并向電機20施加機械負載。溫度傳感器與電機20的繞組或電樞保持熱接觸，并具有其值作為電機溫度的函數而變化的電阻值。制冷劑作為低壓蒸汽進入壓縮機12的入口26并被壓縮，并作為高壓蒸汽從出口28離開壓縮機。管道30將高壓蒸汽運送到冷凝器熱交換器32，在冷凝器熱交換器中排放掉高壓蒸汽的熱量，而將制冷劑凝聚為液體。制冷液沿管道34行進，通過膨脹閥36來到蒸發器熱交換器38。在這里，液體在低壓下進入蒸發器，從室內環境吸收熱量而蒸發。產生的制冷劑蒸汽隨后沿管道40行進到壓縮機的入口26，并重復壓縮/蒸發循環。電機20可以由于壓縮機12施加的負載而具有很寬的溫度變化范圍。即，必須從電機電樞排放掉的熱量依賴于負載。這里冷卻液注入通道42用作控制電機20的運行溫度的裝置。通道42沿冷凝器32的下游從管道34將制冷液傳送到電磁閥44。液體通過閥44和受控節流孔46進入電機20的電樞。注入的液體蒸發，從電機電樞吸熱，產生的蒸汽與提供至入口26的蒸汽匯合，并重復壓縮/蒸發循環?？刂颇K48采用這里描述的所謂“模糊邏輯”控制，作為控制電磁閥44動作的裝置。模糊邏輯控制依本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種控制制冷液注入到空調壓縮機驅動電機電樞內用以將電機的運行溫度控制在負載范圍內的模糊邏輯控制電路，其特征在于，所述制冷／空調系統包括所述壓縮機，用來在入口處接收低氣壓下的制冷劑蒸汽、壓縮所述制冷劑蒸汽，并在出口處傳送高氣壓下的所述制冷劑蒸汽；與所述壓縮機出口相連的冷凝裝置，用來從所述制冷劑蒸汽排放熱量，而將其冷凝成高壓液體；受從所述控制電路得到的控制信號控制的電磁閥，用來有選擇地將所述制冷液提供到所述電機電樞內；以及放置得與所述電機電樞相聯系的傳感器，所述傳感器與所述控制電路的輸入端相連，向其提供一個或多個代表所述電機電樞運行條件的傳感器信號；其中，所述控制電路將所述傳感器信號轉換成運行溫度偏離一預定的溫度設定點的溫度偏差，并確定所述電機電樞的附加的、可量化的運行條件，并使所述控制信號具有作為電機運行溫度 以及附加運行條件的函數的占空度。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：小阿瑟F弗里德，
申請(專利權)人：運載器有限公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]