1、第6章 容积式制冷压缩机的容量调节6.1概述6.1.1容量调节的目的设备能力与用户负载相匹配目标温度稳定在预期范围最恶劣情况下满足用户需求6.1.2容量调节的要求为什么要进行输气量调节 当外界条件或被冷却对象负荷发生变化时，为了既保持室内所需低温，又实现经济运行，必须根据外界条件变化调节压缩机的输气量(产冷量)，使其和外界负荷相适应。6.1.2容量调节的要求三大类：吸气节流调节改变转速调节改变工作容积6.1.3容量调节的基本原理 压缩机的制冷量随调节参数的变化而变化；变化有适当的灵敏度；调节过程能量损失小；调节机构简单、可靠；附带影响小；最好只有一个调节参数。6.2吸气节流调节在压缩机的吸气管
2、路上加装吸气节流阀，通过节流的方式改变压缩机的吸气压力，从而间接改变压缩机的吸气比体积，节流使吸气比体积增加，压缩机每转中吸入的气体质量减少，制冷量随之降低。调节原理和装置比较简单；调节过程随着制冷循环特征参数，如蒸发温度和冷凝温度的变化，不是一种理想的调节方式。6.3变转速调节6.3.1间歇运行调节通过控制压缩机的开停机来进行制冷量的调节；简单、成本低；调节过程能量损失大；6.3.1压缩机的间歇运行 原理：当室温降到规定温度的下限时，通过温度继电器或低压压力继电器，使压缩机停止运行，室内温度开始回升，当温度升高到超过规定温度的上限值时，上述控制器件又将压缩机的电路接通，压缩机重新启动运行（双
3、位控制）。实质：将压缩机在运行时产生的制冷量与被冷却空间在全部时间内所需制冷量平衡（即压缩机在一个开、停周期内的平均输气量(制冷量)和室内负荷相适应。适用范围：功率小于10kw的小型制冷设备，如冰箱、房间空调器等。具有节能、舒适、启动快速、温控精度高和易于实现自动化等优点。启动时压缩机高速运转，快速接近暖房设定温度，当室内温度趋向适合温度时，压缩机低速运转，可减少开停次数，并使室温变化很小，达到既节能又舒适的目的。包括交流变频器调速和 直流变频器调速。采用变频调节的热泵空调机运行特性采用变频调节的热泵空调机运行特性6.3.2变频调节 变频器是使交流电频率发生连续变化的装置。它首先通过整流器将交
4、流电转换为直流电，然后再通过逆变器将直流电经控制电路转换成频率可变的交流电；变频器有电流源型和电压源型，又根据控制电路调制方式分为脉宽调制方式（PWM方式）和脉幅调制方式(PAM方式），当前空调器用制冷压缩机的电动机变频器多采用电压源型PWM方式。1、变频调节原理 温度传感器测出房间温度及换热器温度送入微机，经运算后将信息送入数字信号控制电路进行波形成型处理，然后送入逆变器，将由整流器送来的直流电转换为频率可变的交流电，去驱动感应电动机。当传感器测出的冷房温度大于设定温度，则经微机运算再通过数控电路，使逆变器输出的交流电频率升高，电动机转速增加，制冷量增大，冷房温度降低至设定值，完成能量调节。
5、1、变频调节原理感应电动机的转速n与交流电输入频率的关系为:假定s为常量，改变交流电的频率就可以改变电动机转速，压缩机的输气量与电动机的转速成正比，若交流电频率连续变化，则转速连续变化，从而实现了输气量的连续调节、达到了制冷量连续调节的目的。该方法空调工作功率的变化呈阶梯性变化，一般只分为几档。1、变频调节原理 采用直流变频器将50Hz或60Hz固定频率的交流电转变成直流电，对直流电动机进行调速，省却了交流变频器又将直流变成交流的麻烦，使电器元件减少；直流变频呈线性平滑的变化，空调工作时可在功率范围内任意递增或递减，空调功率可随温度出现精确变化，故更省电；直流变频压缩机的电动机转子采用稀土永磁
6、材料制成（永磁无刷直流电动机），定子产生旋转磁场与转子永磁磁场直接作用，实现压缩机运转，可通过改变供给电机的直流电压来改变电机转速（调整电枢电压法），为得到可调整的直流电源，广泛采用脉宽调制系统（PWM系统）。直流变频压缩机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，克服了交流变频压缩机的电磁噪音与转子损耗，具有比交流变频压缩机效率高与噪音低特点，直流变频压缩机效率比交流变频压缩机高10%-30%，噪音低510 dB。1、变频调节原理1、变频调节原理 无刷直流电动机由直流电源供电，在结构上没有电刷和换向器，其绕组里的电流变化（通、断和方向）是通过电子换向器（控制器）实现的，电流以方波形式变化。永磁
7、无刷直流电动机的电动机转子采用稀土永磁材料制成，其结构形式与无刷直流电动机一样，但其绕组电流按正弦规律变化。1、变频调节原理 压缩机高速运转时：运动部件的磨损增加；气体流经排气阀的流动损失增加，并导致排气阀片产生延 迟关闭，阀片寿命降低；润滑油循环率随转速增加而增加，降低换热，压损增加；各种杂质随润滑油进入运动部件间隙中，引起部件损伤；噪声增加。压缩机低速运转时：导致泄漏量增加 压缩机振动随转速变化加剧 3、变频调节的特点6.4改变工作容积调节6.4.1多机并联调节 一个机壳中装有两台输气量不同的立式涡旋式压缩机，其中一台由变频器驱动，另一台直接由电网供电；每台可彼此独立运行也可并联运行，其运
8、行状态取决于空调器负荷，由微机控制；与具有单独机壳的双机并联系统相比，具有高效、可靠及成本低的优点；与相同制冷量的一台压缩机相比，在较宽的制冷量范围内有较高的COP值。5-436.4.2内部并联压缩机6.4.3旁通调节1.旁通阀调节2.滑阀调节3.塞柱阀调节电磁阀关闭电磁阀关闭排气腔通道排气腔通道吸气腔通道吸气腔通道冷凝器侧通道冷凝器侧通道知识扩展 压缩机内部旁通调节 1、单缸机旁通调节 在压缩腔设置旁通孔D，使一部分被压缩气体返回吸气腔，其输气量调节范围 一 般 在 1 0 0%70%，由旁通孔位置决定。知识扩展 单缸机旁通调节图图 6-30 2、双缸机旁通调节 电磁控制阀10控制左缸中被压
9、缩的气体引入右缸，使卸载阀13动作，关闭右缸吸气孔口8，右缸进入空运转，压缩机输气量减少一半，达到调节负荷的目的。知识扩展 双缸机旁通调节双缸机旁通调节示意图双缸机旁通调节示意图汽车空调中常用汽车空调中常用 通过活塞式控制阀6控制回流气体调节孔9的开启度，以控制吸入气体的回流量，从而实现输汽量调节。原理：通过吸气回流旁通输气量。6-131.旁通阀调节 在一定的转速范围内，制冷量可根据空调工况要求保持不变(曲线)，可满足汽车空调中车速增加而冷负荷变化小的要求。在转速20005600r/min的调节区域，功率消耗约降低20%(曲线)，且吸气压力稳定(曲线)，排气压力低于定容量压缩机的排气压力(曲线
10、)。1.旁通阀调节螺杆式制冷压缩机输气量调节的方法主要有吸入节流调节、转停调节、变频调节、滑阀调节、柱塞阀调节等。目前使用较多的为滑阀调节和塞柱阀调节。1.滑阀调节1)工作原理 即通过改变转子的有效工作长度，来达到输气量调节的目的。10%-100%2.滑阀调节2.滑阀调节2）调节机构的组成 输气量调节机构由三部分组成：第一部分包括滑阀、滑阀顶杆、油活塞、液压缸、压缩弹簧及端座；第二部分为输气量调节指示器；第三部分为油路及输气量调节控制阀。3)调节过程 滑阀轴向移动的动作是根据吸气压力和温度，通过液压传动机构来完成的。4）此调节同时具有卸载启动功能。3 3.塞柱阀调节塞柱阀调节塞柱阀的启闭是通过
11、电磁阀控制液压泵中油的进出来实现的。塞柱阀调节输气量只能实现有级调节。这种调节方法在小型、紧凑型螺杆压缩机中常常可以看到。图6-29是75%和50%两档调节。具有卸载启动功能。车内温度可保持稳定，空调舒适性好；无断续负荷产生的不可预料加减速，提高了驾驶性能；调节时压力条件得到缓和，提高了压缩机使用寿命；功率消耗降低，可减少燃料及费用。变容量旁通调节的优点6.4.4顶开吸气阀调节 原理 调节机构将压缩机吸气阀片强制顶离阀座，使吸气阀始终处于开启状态。压缩机吸气时，低压蒸气从吸气阀吸入压缩过程中，因压力无法升高，排气阀始终处于关闭状态，低压蒸气通过吸气阀重新回到吸气腔，使该气缸输气量为零，达到输气
12、量调节目的。可实现压缩机空载起动及调节制冷能力，目前我国缸径在70mm以上的高速多缸制冷压缩机广泛采用。方式 A.高压直接顶开6.4.4顶开吸气阀调节B.油缸拉杆顶开机构的控制手动控制（采用压力油分配阀）将手柄置于不同位置，使分配阀中的隔板处于不同状态，改变通往调节机构的油路系统。自动控制（采用自动能量控制阀）以蒸发压力(即吸气压力)的变化为感应讯号自动控制卸载机构动作。（当外界负荷小于制冷机产冷量时，室温降低，蒸发压力减小，压力讯号接受器感受此变化，发出指令使能量控制阀朝压缩机制冷量减少的方向动作(即部分卸载)，直到压缩机提供的冷量与外界热负荷基本相适应为止。反之，如外界负荷增大，蒸发压力增
13、加，自动控制阀将控制卸载机构朝气缸投入正常工作的方向动作。）6.4.4顶开吸气阀调节6.4.4顶开吸气阀调节B.油缸拉杆顶开机构的控制6.4.4顶开吸气阀调节6.4.4顶开吸气阀调节 又称数码控制变容量涡旋压缩机；基于谷轮“柔性”设计专利，10%-100%连续可调；利用变容量控制原理，通过压缩机的动、静涡旋盘离合来控制系统制冷剂流量，从而达到控制系统能量输出，系统更节能、可靠。6.5其它调节方式6.5.1数码涡旋式压缩机数码涡旋压缩机（Digital scroll compressorDigital scroll compressor）数码涡旋压缩机顶部有一个PWM（Pulse-Width M
14、odulation，脉冲宽度调节阀）数码容量调节电磁阀，它通过压力控制压缩机动、静涡旋盘的离合来实现卸载或负载。电磁阀闭合，定涡旋盘恢复原位啮合，此即普通涡旋压缩机运行时状态，压缩机容量为100，制冷剂全部通过压缩机，此过程称“负载状态负载状态”。电磁阀打开时，定涡旋盘向上移动，压缩机容量为零，无制冷剂流量通过，此过程称“卸载状态卸载状态”；卸载状态卸载状态负载状态负载状态6.5.2数码涡旋式压缩机变容量控制原理1、容量调节广，温度调节迅速、容量调节广，温度调节迅速（1）变频压缩机的调节范围在50%-130%，数码涡旋压缩机是在10%-100%。（2）变频压缩机的容量输出是通过变频器分级达到，
15、而数码涡旋通过负载和卸载时间的改变获得，容量能迅速从100%转换至10%（反之亦然），不需分步实现，属于连续和无级的调节。（3）变频压缩机必须通过中间频率，从低频到高频或反之的转换过程中存在时间的滞后量，当系统内的负荷突然发生变化时，变频系统无法立即响应负荷的变动，使得室温的波动较大，而数码涡旋技术的无级调节和宽广的调节范围确保了室内空气温度的精确控制。6.5.3数码涡旋技术的特点2、电控系统简单，系统的可靠性好、电控系统简单，系统的可靠性好变频控制系统容量调节范围较窄，所以在变频调节的同时一般采用热气旁通和液体旁通的方法来共同响应负荷的变化。数码涡旋压缩机调节范围广，不需任何一种能量旁通手段
16、，因而减少了该部分的控制系统，同时其容量调节方法是通过机械活动达到，亦少了变频器及变频控制中复杂的电控部分，所以其电控系统简易，增加了系统的可靠性，节省了成本。6.5.3数码涡旋技术的特点3、具有良好的回油特性和安装灵活性、具有良好的回油特性和安装灵活性变频VRV系统在低频时，制冷剂流速较低，回油困难，系统一般设计有油分离器和回油循环。数码涡旋压缩机由于在卸载期间没有排出制冷剂，也就不存在回油的问题，而在负载时压缩机是满负荷运行，这时气流的速度足以令润滑油较充分地流回压缩机，所以数码涡旋系统在任一容量输出时回油均良好，是目前唯一不需油分离器或/和回油循环的系统，相应的控制系统也简洁。6.5.3
17、数码涡旋技术的特点4、制冷系统简单，维护方便、制冷系统简单，维护方便定速空调系统和变频空调系统大多设计有热气旁通和液体旁通装置，而数码涡旋系统因能使容量最低调至10%，无需旁通系统，同时由于良好的回油特性，不需油分离器或/和回油系统。这样，制冷系统、回油系统及电气控制系统的简单化，使系统部件较变频系统减少，装置结构简单，提高了运行的安全性和可靠性，并为安装和维护提供了方便。6.5.3数码涡旋技术的特点5、无电磁干涉问题，应用更广泛、无电磁干涉问题，应用更广泛变频器工作时会产生高频谐波，会使供电系统的正弦电压波形发生歪变，导致诸如：降低电网的功率因素、使电容器和变压器过热、在荧光屏和示波器等上产
18、生闪点、影响精密仪器的精度等不良后果，并会引起高电设备电容量等发热烧毁等到危险。对电源干扰要求很高的场合，变频系统受限用。而数码涡旋的负载和卸载只是一个简单的机械运动，不会产生高次谐波，克服了对电网的干扰，扩大了适用范围。6.5.3数码涡旋技术的特点6、良好的除湿能力，提高了舒适性、良好的除湿能力，提高了舒适性变频系统在低容量（低频）运行时，蒸发温度较低，随着运行频率的降低，蒸发温度逐渐升高，整个运行阶段平均蒸发温度较高，而一般的空调系统多在部分负荷下运行，这就导致了除湿能力下降。而数码系统无论在何种运行比例时，其负载运行时均是全负荷，所以能在整个运行阶段保持较低的蒸发温度，尤其容量在40%至
19、80%范围内（较常使用的容量区间），数码涡旋体现了明显的优势，所以其显热比较少，除湿能力较强，保证了高精度的湿度要求。其在低容量情况下能有效提供较好的湿度控制功能，对于相对湿度较高地区及特殊场合尤为适用。6.5.3数码涡旋技术的特点数码中央空调（数码多联空调机组）数码中央空调系统采用数码宽度脉冲调节控制的变容量涡旋压缩机，由一台室外机配置多台可单独控制调节室内机组成，是新一代模块化、集约化的多联机系统。特点：可根据实际能量需要灵活组合；整个组合系统采用集散控制，各机组采用独立制冷系统，在不同季节和气温下可以自动调整负荷，保证运行在节能状态；数码涡旋提供的无级容量输出，保证房间温度的控制精度在0.5，让使用者在最舒适的空调环境下工作。数码中央空调（数码多联空调机组）
